Среднее содержание углекислого газа в выдыхаемом воздухе составляет: чем мы дышим и опасно ли наше дыхание для окружающих – Москва 24, 16.03.2015

чем мы дышим и опасно ли наше дыхание для окружающих – Москва 24, 16.03.2015

Иллюстрация: Ольга Денисова

Ежеминутно мы делаем около 14 вдохов. Это порядка 840 вдохов в час и 20 160 вдохов сутки. Но что же именно вдыхает человек, и может ли он навредит своим дыханием другим? Об этом мы спросили младшего научного сотрудника Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН Анну Сильченко.

Воздух, которым мы дышим, на 78% состоит из азота, на 21% — из кислорода и на 0,03% — из углекислого газа. Оставшийся процент приходится на водяные пары, водород, благородные газы и другие примеси. С точки зрения физиологии для нас важны только кислород и углекислый газ. Остальные элементы, хоть и растворены в нашей крови, не влияют на жизнедеятельность организма.

В альвеолах легких происходит газообмен: кислород из воздуха растворяется в крови, а углекислый газ, наоборот, выделяется наружу. В итоге в выдыхаемом воздухе содержится примерно 16-17% кислорода и 4% углекислого газа, а также повышается концентрация водяных паров. В проветриваемых помещениях дыхание других людей не представляет для нас опасности.

Другое дело – если вы оказались заперты в подводной лодке со сломанной системой жизнеобеспечения. В таком случае дыхание экипажа будет приводить к постепенному увеличению концентрации углекислого газа. Если воздух на 2-4% состоит из углекислого газа, человек начинает чувствовать сонливость и слабость. Опасной считается концентрация около 7-10%, при которых развиваются удушье, головная боль, происходит потеря сознания. Смертельной считается концентрация 30-35%.

Что касается азота, опасность для нас он представляет только при высоких давлениях — например, глубоко под водой. Азот в высокой концентрации также представляет угрозу при резком уменьшении давления, так как при этом развивается кессонная болезнь.

А.В.Сильченко, младший научный сотрудник Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, преподаватель образовательного центра для школьников «Improvement». В образовательном центре ведет группы по физике и математике.

О «Физике города»

Каждый день, просыпаясь утром, мы погружаемся в город, полный фактур, звуков и красок. Пока мы идем на работу и гуляем в парке, нам в голову приходит миллион вопросов о том, как же все вокруг нас устроено в этом огромном мегаполисе. Почему небоскребы не падают? Чем отличается кровь горожанина от крови жителя деревни? Выше какого этажа не стоит жить и почему?

Мы предложили ученым дать ответы на наши вопросы и разъяснить, чем опасно обилие городского освещения, как наше дыхание может навредить окружающим и из-за чего люди болеют зимой. Так появился проект «Физика города». Новые вопросы и новые ответы ищите на нашем сайте по понедельникам и четвергам.

Управление вентиляцией по уровню CO2 — Решения — WireGeo

Все люди и живльные существа дышат.

Поглащая при вдохе кислород (02) и выдыхая углекислый газ (СО2), пары воды (h3O) и примеси других газов являющимися продуктами процесса обмена веществ в организме.

Допустимые значения СО2

Для измерения концентрации углекислого газа в воздухе применяют единицы измерения ppm (parts per million или частиц СО2 на миллион частиц воздуха 1000 ppm = 0,1% содержания СО2.)

В чистом атмосферном воздухе концентрация углекислого газа составляет 350-400 ppm (0,035-0,04%). И это значение является оптимальным для жизни человека. Допустимым же является значение ниже 1000 ppm.

Сколько СО2 выделяет человек?

Один человек в течении часа при выдыхает от 18 до 25 л углекислого газа. Потребляя при этом 20-30 л кислорода. Если человек находится в комнате 20 м2 с высотой потолков 2,5 м и плохой вентиляции, то уровень СО2 будет расти на 580 ppm каждый час. Поэтому даже идеально проветренная перед этим комната за час станет источником головной боли, а через 8 часов концентрация в ней СО2 приблизится в критическому уровню. Если же в помещении будет больше одного человека то скорость выработки СО2 увеличится.

Содержание СО2 вразных помещениях:
В доме без вентиляции в разных комнатах значениеможеь быть от 850 до 1200 ppm

Утром в спальне до 2100 ppm
Вофисе уровень может достигать 800-2000 ppm

Избыток СО2 приводит к негативным изменениям в крови.

• Углекислый газ даже в невысоких концентрациях негативно влияет на клеточную мембрану человека.
• Cнижается рН крови, вызывая ацидиоз
• Как следствие состояние перевозбуждения и умеренная гипертензия.
• По мере возрастания степени ацидоза появляется сонливость и состояние беспокойства
• Следующим этапом становится снижение физической активности, и аппатия
• При сне человек не высыпается и просыпается уже уставшим
• При концентрации выше 800 ррм наблюдается рост количества маркеров окислительного стрессы в ДНК
• Появляется синдром больного здания, у проживающих в них людей в виде проблем с дыханием, затем — болей в суставах, бессонницы.
• При концентрации выше 1000 ppm интелектуальная деятельность становится невозможной

Источники проблеммы

Наши здания в большинстве своем спроектированны как системы с естественной вентиляцией. При которой свежий воздух должен поступать через щели между окнами и дверьми, а воздух содержащий вредные газы должен удаляться через вытяжку. Однако наше стремление к ситуации когда «не дует», с установкой пластиковых окон и дверей с уплотнительными резинками нарушает эту систему. Поэтому система вентиляции начинает работать крайне не эффективно или перестаёт работать вообще.

Другой причиной может быть неправильно спроектированная или неправильно управляемая система. Система основанная только на энергосбережении неспособна создать комфортные условия

Решение проблемы приточная вентиляция управляемая по уровню CO2

Для измерения уровня СО2 используется датчик WGCO2. При помощи датчиков температуры замеряется температура воздуха окружающей среды и температура в помещении. Полученное значения обрабатываются модулем сценария «Двухпозиционный регулятор». На основании этих показаний вычисляется необходимая скорость потока воздуха. И включается соответствующее число ступеней вентиляции модулем WG485SW6.

Какой уровень СО2 у вас?

Почему уровень CO2 в атмосфере так встревожил ученых?

25 октября 2016

Автор фото, AFP

Средний уровень содержания углекислого газа в атмосфере нашей планеты в 2015 году впервые за время наблюдений достиг критической отметки в 400 долей на миллион, сообщила Всемирная метеорологическая организация.

Критический уровень содержания диоксида углерода зафиксировала станция мониторинга воздуха, расположенная на Гавайях.

По словам метеорологов, в последний раз уровень содержания СО2 в атмосфере Земли регулярно поднимался выше 400 долей на миллион в период от трех до пяти миллионов лет назад.

Как предполагают эксперты, содержание углекислого газа в атмосфере не опустится ниже 400 долей на миллион в течение всего 2016 года, а возможно, что и в ближайшие десятилетия.

Что это означает для нас с вами?

Ведущий программы «Пятый этаж» Александр Баранов обсуждает тему с директором программы «Климат и энергетика» Всемирного фонда дикой природы Алексеем Кокориным и старшим научным сотрудником Института экологии растений и животных уральского отделения Российской академии наук Евгением Зиновьевым.

Александр Баранов: 400 частей на миллион для простого человека, который не разбирается в климатических вопросах, но зато учил арифметику в школе, это очень мало. Так же мало, как 200, 100 или 500. Особенно, когда речь идет о газе без цвета и запаха. Почему вдруг так переполошились ученые?

Алексей Кокорин: CO2 — это один из газов, создающих парниковый эффект, второй после водяного пара, и главный газ, на концентрацию которого в атмосфере оказывает влияние человек.

И то, что человек не оказывает влияние на содержание водяного пара, не сильно облегчает дело, потому что влияние на содержание CO2 велико, и изотопным анализом доказано, что этот CO2 именно от сжигания топлива. Это много.

Число очень маленькое, но это на 30% больше, чем 50-60 лет назад. А до этого уровень был постоянен в течение долгого времени, имеются данные прямых измерений.

А.Б.:Ученые сейчас согласны с тем, что CO2 влияет на изменение климата, а не наоборот? Какое-то время назад некоторые ученые говорили, что на рост выброса углекислого газа влияет нагревание океана. А человек, по сравнению с океаном, выбрасывает намного меньше CO2 в атмосферу. Каков сейчас консенсус по этому поводу?

А.К.: Консенсус практически полный. Я упомянул изотопный анализ, потому что в прошлом, и это тоже доказано, сначала менялась температура, а потом концентрация CO2.

Это было в переходный период между ледниковыми периодами и в других случаях. Корреляция шла в такой последовательности. Здесь корреляция идет в другой последовательности. Но главное, есть доказательства изотопного анализа. Тут консенсус есть.

Евгений Зиновьев: Я не климатолог, я палеонтолог. У нас в институте мы наблюдаем на севере, в Арктике, повышение как содержания CO2, и это показано нашими коллегами дендрохронологами, так и сопутствующие изменения — это наступление границы леса. У нас проводится мониторинг ландшафтов северной части Западно-Сибирской равнины и Полярного и приполярного Урала, и на протяжении последних сорока лет северная граница леса смещается к северу.

Это еще не достигает границ, которые были в климатический оптимум голоцена, когда древесная растительность достигала среднего Ямала, но процесс идет в том направлении и опосредованно связан с потеплением климата. Древесные растения занимают постепенно территории, от которых они когда-то отступили.

То потепление, которое мы сейчас наблюдаем — не самое значительное, сейчас не самый теплый климат. Я могу сравнивать с недавним геологическим прошлым — последние 130-140 тысяч лет. Этот период называется Микулинское межледниковье, и тогда растения и теплолюбивые животные продвигались к северу гораздо дальше, чем сейчас.

В наше время, по объективным данным, пока еще такие уровни не достигнуты. Но то потепление было очень кратковременным, всего около 5 тысяч лет. Потом оно сменилось похолоданием, потом опять потеплением, и потом наступил длительный холодный период, зырянское оледенение, которое тоже делилось на более теплые и более холодные эпохи. Тогда начал формироваться скандинавский ледниковый щит.

А.Б.:То есть вы говорите о похолодании в Средневековый период?

Е.З.: Это вы говорите про исторические времена, а я имею в виду более ранние границы. Это поздний плейстоцен.

А.Б.:А какие выводы из этого делать нам, неспециалистам? Противники теории глобального потепления, вызванного человеческой деятельностью, говорят, что мы просто находимся в периоде определенного цикла и с этим связаны различные колебания концентрации CO2.

Углекислый газ — пища для растений. В процессе фотосинтеза растения поглощают углекислый газ, выделяют в атмосферу кислород, и чем выше содержание углекислого газа, тем активнее растения начинают его потреблять и тем быстрее они растут.

Е.З.: Развития древесной растительности не наблюдается, наоборот. В Северной Америке, южной Европе леса горят, лесная растительность деградирует, идет аридизация, осушение климата. Легкие планеты сокращаются.

А.Б.:А почему это происходит? По идее, они должны расширяться?

Е.З.: Климат — многовекторная система, могут быть разные факторы, которые мы не всегда можем учитывать. Существует точка зрения, что начнут таять ледники, что связано с потеплением климата, а это происходит.

Деградирует и Гренландский ледниковый щит, и в Арктике то высвободившееся большое количество пресной воды может изменить направление движения Гольфстрима. Тогда эта печка для Европы перестанет обогревать север Европы, и там снова начнется образование ледников. Это будет очень плохо.

Резкое потепление может дать толчок резкому похолоданию. Ледниковая шапка аккумулирует воду, начинается иссушение климата. Исчезают сплошные леса, образуются редкостойные леса. Климат становится сухой, холодный, континентальный, и он таким становится не только в Сибири, но и в Европе тоже.

Все очень сложно и взаимосвязано. Я не стал бы это упрощать, надо учитывать и современный фактор — увеличение выбросов CO2, связанное с промышленной деятельностью человека, с наличием большого количества производств, машин и так далее — с этим не поспоришь. Особенно в крупных мегаполисах, где сосредоточены большие производства.

Но другой вопрос, какие последствия это будет иметь. Человечество привыкло жить в определенных комфортных условиях. Если начнется увеличение или уменьшение уровня мирового океана, то начнутся катастрофы. Их может спровоцировать антропогенное воздействие. Человечество не настолько мало, чтобы не влиять на природную обстановку. Оно стало геологическим фактором, а не только биологическим, оно меняет более фундаментальные вещи в биосфере, в земной коре.

А.Б.:Допустим, человечество сможет сократить выброс CO2. Но это лишь один из факторов, и не самый большой. Может ли это что-то изменить, привести к какому-то резкому улучшению ситуации?

А.К.:Очень важно, с точки зрения физики атмосферы и океана, понимать, что происходит. Происходят два процесса: это процесс естественной изменчивости климата — солнце, самое наглядное, сложные периодические процессы в океане, Атлантическом, Тихом.

Есть и более изученные вещи — перетоки тепла из атмосферы в океан и обратно, которые носят цикличный характер. Эти циклические процессы накладываются на постоянное воздействие, которое носит линейный характер.

За XXI век ожидается повышение температуры в лучшем случае на два градуса, но реально — на три или три с половиной. И при этом циклически будут происходит похолодания и потепления, причем потепления — гораздо быстрее. И совершенно не очевидно, что увеличение числа опасных гидрологических явлений при понижении температуры станет меньше.

А.Б.:Это очень сложно понять человеку, который не занимается этой проблемой и в основном смотрит научно-популярные передачи, где эти вопросы примитивизируются, упрощаются, но простые аргументы действуют на сознание простого человека, который смотрит на это со стороны.

Когда ему дают график изменения температуры в XX веке и говорят: смотрите, пока человек особенно не влиял на атмосферу, температура поднималась, а когда он начал влиять, когда индустриализация была более мощной после 1940 до 1970 года, когда ситуация должна была ухудшиться, мы наблюдали похолодание.

На основе таких графиков люди говорят, что человек на самом деле не влияет, есть какие-то более мощные факторы, не зависящие от нас. Поэтому разговоры про роль человека в глобальном потеплении — миф, за которым стоят те, кому это выгодно.

Е.З.: Начитает срабатывать кумулятивный эффект, воздействие человека идет по нарастающей. На каком-то этапе оно может не проявляться, но потом, по мере увеличения концентрации CO2, парниковых газов, оно рано или поздно проявляется фактически по всему земному шару. Как в развитых районах, так и на севере, в Арктике.

Антропогенный фактор накладывается на факторы астрономические, связанные с орбитой движения Земли, цикличность сильно проявляется и так далее. И когда все друг на друга накладывается, могут произойти совершенно непредсказуемые события.

И антропогенное воздействие будет все увеличиваться, даже если будут введены ограничения на производство и так далее. Очень много выпускается автомобилей, которые загрязняют атмосферу очень сильно. И другие факторы. Они никуда не уйдут.

А травяная и древесная растительность не увеличивается, а, наоборот, происходит деградация лесного покрова.

А.Б.:Но мы видели и сообщения другого рода, что в Бразилии вдруг начали расти леса Амазонки.

Е.З.: Это есть, но вы посмотрите, что в Америке творится? На юго-западе, в Калифорнии? Там массовые лесные пожары. Нужно время, чтобы после пожара лес восстановился. После пожара несколько лет проходит, прежде чем лес начинает подрастать. А где сухо, он просто перестает расти. Лес превращается в степь, пустыню и так далее.

А.Б.:Это серьезные факторы, но для обыденного сознания трудно это совместить с его собственной деятельностью. Можно придерживаться теории, что деятельность человека — это последняя капля, которая может перевесить экологический баланс на фоне более серьезных факторов. Но когда говорят, что есть такой фактор, как пятна на Солнце, активизация Солнца, который представляет собой мощный источник энергии, по сравнению с которым вся наша деятельность — мелочь, даже сравнивать невозможно.

Тоже показывают графики — когда Солнце активно, температура повышается, а когда менее активно — понижается, все это коррелируется. Потом говорят, что все зависит от того, по какой орбите Земля движется. Если орбита эллиптическая — становится холоднее. И когда все это человеку говорят, он думает: ну что по сравнению с такими космическими явлениями наши несчастные выбросы в атмосферу. Как можно убедить человека, что мы своими действиями можем этот баланс нарушить?

Е.З.:Надо как-то убеждать, потому что это действительно фактор не последний. Например, леса горят и без человека — сухие грозы и так далее. Но человеческая деятельность этому способствует. Каждый должен начинать с себя. Люди должны понимать, что от них многое зависит.

Один человек может сказать: я буду делать, что считаю нужным, все равно от меня ничего не зависит. Но людей — миллионы, и если каждый так будет считать, от этого лучше не будет. Косность человеческого мышления существует, к сожалению.

А.Б.:Как убедить человека, что его машина, на которой он проедет лишние пять километров, тоже влияет на климат, даже на фоне того, что Земля на эллиптической орбите, а не на какой-то другой?

А.К.: Российские климатологи, и не только российские, задумывались, как это наглядно показать. Вероятные реакции Солнца лет через 15-20 с высокой вероятностью снизят температуру на земном шаре примерно на 0,25 градуса. А антропогенное воздействие — как минимум на два градуса. Так же было и в 30-40 годы ХХ века.

И еще характерная вещь такая: прогреваются и стратосфера, и тропосфера. То есть у вас как бы пленка парниковая, и, если греется над пленкой и под пленкой, значит — лампочка стала греть сильнее. А если под пленкой греется, а над пленкой холодает — значит, пленка стала толще. Вот как-то так наглядно можно попытаться объяснить.

А.Б.:Вы допускаете вероятность, что мы действительно находимся между двумя ледниковыми периодами и что-то произойдет, и начнется похолодание на Земле?

Е.З.: Ваш вопрос говорит о том, что мы с коллегой говорим плохо. Безусловно, мы находимся между двумя ледниковыми периодами, тем, который закончился примерно 300 тыс лет назад, и тем, который начнется через несколько тысяч лет — может быть 20, может быть, 100. Об этом мой коллега как климатолог знает лучше. Но это будет абсолютно точно. Мы говорим об иных временных масштабах. В этих масштабах влияние человека на глобальное потепление не может рассматриваться, это сотни тысяч лет.

А.Б.:То есть мы можем до этого похолодания не дожить?

Е.З.: К сожалению, точно не доживем до глобального похолодания, даже из наших правнуков никто не доживет. Будут ли периоды похолодания в течение XXI века? Да, наверное будут. Мы живем в эпоху наложения различных вариаций, в том числе солнечных, на глобальный тренд.

_____________________________________________________________

Загрузить подкаст передачи «Пятый этаж» можно здесь.

 Атмосфера Земли состоит на 99,9% из воздуха, водяного пара, природных (действие вулканов) и промышленных газов, твердых частиц. В результате природных факторов Земли и процессов жизнедеятельности человека, состав атмосферы в том или ином регионе планеты может подвергаться незначительным изменениям. Одной из главных составных частей атмосферы является воздух. Воздух представляет собой смесь газов, основными компонентами которого являются: Азот (N₂) – 78%; Кислород (О₂) – 21%; Углекислый газ (СО₂) – 0,03%; Инертные газы и другие вещества – до 1%. В воздухе также присутствуют в незначительном количестве водород, оксид азота, озон, сероводород, водяной пар, инертные газы: аргон, неон, гелий, аргон, криптон, ксенон, радон, а также пыль и микроорганизмы.

Общая информация о физиологии дыхания человека

Поступление в организм кислорода и удаление углекислого газа обеспечивает дыхательная система человека.

Транспорт газов и других необходимых организму веществ обеспечивается с помощью кровеносной системы.

Обмен О₂ и CO₂ между организмом и окружающей средой осуществляется благодаря ряду последовательных процессов:

1. Легочная вентиляция – обмен газами между окружающей средой и легкими.

2. Легочное дыхание – обмен газами между альвеолами легких и кровью.

3. Внутреннее (тканевое) дыхание – обмен газами между кровью и тканями тела.

Дыхательная система – совокупность органов и тканей, обеспечивающих легочную вентиляцию и легочное дыхание. Дыхательная система состоит из воздухоносных путей и собственно легких.

Воздухоносные пути включают в себя:

Воздух вдыхает человек, он попадает в нос и носовую полость. В носовой полости находятся обонятельные рецепторы, с помощью которых мы различаем запахи. Также в носовой полости есть волосы, предназначенное для задержки частиц пыли, поступающего вместе с воздухом из атмосферы.

Воздух, проходя через нос и носовую полость попадает в носоглотку. Носоглотка покрыта слизистой оболочкой, обогащенной кровеносными сосудами, благодаря чему осуществляется нагрев и увлажнение воздуха.

Трахея начинается у нижнего конца гортани и спускается в грудную полость где делится на левую и правую бронхи. Входя в легкие бронхи постепенно делятся на все более мелкие трубки – бронхиолы, маленькие из которых и является последним элементом воздухоносных путей.

Наименьший структурный элемент легкого – долька, которая состоит из конечной бронхиолы и альвеолярного мешочка. Стенки легочной бронхиолы и альвеолярного мешочка образуют альвеолы.

Легкие (легочные дольки) состоят: конечные бронхиолы; альвеолярные мешочки; легочные артерии; капилляры; вены легочного круга кровообращения.

Воздух, проходя через бронхи и бронхиолы, заполняет большое количество альвеол – легочных пузырьков, в которых осуществляется газообмен между кровью и альвеолярным воздухом. Стенки альвеол состоят из тонкой пленки, которая вмещает большое количество эластичных волокон.

С помощью которых альвеолярные стенки могут расширяться, тем самым увеличивать объем альвеол. Диаметр каждой альвеолы составляет около 0,2 мм. А площадь ее поверхности около 0,125 мм. В легких взрослого человека около 700 млн. альвеол. То есть, общая площадь их поверхности составляет около 90 м².

Таким образом, дыхательная поверхность в 60-70 раз превышает поверхность кожного покрова человека. При глубоком вдохе альвеолы растягиваются, и дыхательная поверхность достигает 250 м

2, превышая поверхность тела более чем в 125 раз.

Процесс газообмена при дыхании

Сущность процесса газообмена заключается в переходе кислорода из альвеолярного воздуха в венозную кровь, которая циркулирует по легочных капиллярах (поглощение кислорода), и в переходе углекислого газа из венозной крови в альвеолярный воздух (выделение углекислого газа).

Этот обмен проходит через тонкие стенки легочных капилляров по законам диффузии, вследствие разности парциальных давлений газов в альвеолах и крови.

Обогащенная кислородом кровь из легких разносится по всей кровеносной системе, отдавая для обогащения тканям кислород и забирая от них углекислый газ. Кислород, поступающий в кровь, доставляется во все клетки организма. В клетках происходят важные для жизни окислительные процессы. Отдавая кислород клеткам, кровь захватывает углекислоту и доставляет их в альвеолы. Этот процесс и является внутренним, или тканевым дыханием.

Основные параметры процесса дыхания

Основным параметрами, характеризующими процесс дыхания человека, являются:

1. жизненная емкость легких;

2. мертвое пространство органов дыхания;

3. частота дыхания;

4. легочная вентиляция;

5. доза потребления кислорода.

Жизненная емкость легких – это максимальное количество воздуха (л), которую может вдохнуть человек после максимально глубокого выдоха. Этот показатель измеряется прибором, который называется спирометр. Нормальная жизненная емкость легких взрослого человека – примерно 3,5 л.

У тренированного человека, занимающегося спортом, жизненная емкость легких составляет 4,7-5 л.

Общий объем легких человека состоит из жизненной емкости и остаточного объема. Остаточный объем, это количество воздуха, который всегда остается в легких человека после максимального выдоха. Этот объем составляет 1,5 л и его человек никогда не может удалить из органов дыхания.

Как видно из диаграммы, после спокойного вдоха в легких человека находится 3,5 л воздуха, а после спокойного выдоха остается только 3 л воздуха. Таким образом, при дыхании в спокойном состоянии человек использует при каждом вдохе только 0,5 л воздуха, называется дыхательным.

После спокойного вдоха, при желании, человек может продлить вдох и дополнительно вдохнуть еще 1,5 л воздуха. Этот воздух называется дополнительным. После спокойного выдоха человек также может дополнительно выдохнуть из легких еще 1,5 л воздуха. Этот воздух называется запасным или резервным.

Таким образом, жизненная емкость легких состоит из суммы дыхательного, дополнительного и запасного объемов воздуха.

При конструировании изолирующих аппаратов с замкнутым циклом дыхания, в которых используются емкости для приготовления и хранения дыхательной смеси (дыхательные мешки), необходимо учитывать, что их объем должен быть не менее максимальную жизненную емкость легких человека. Поэтому в современных изолирующих аппаратах используются дыхательные мешки, которые имеют объем 4,5-5 л, из расчета, что в них могут работать хорошо физически развитые люди.

Во время выдоха не весь выдыхаемый воздух выходит из организма человека в окружающею среду. Часть воздуха остается в носовой полости, гортани, трахее и бронхах. Эта часть воздуха не участвует в процессе газообмена, и пространство, которое она занимает, называется мертвым пространством.

Воздух, находящийся в мертвом пространстве, содержит малую концентрацию кислорода и насыщенный углекислым газом. При вдохе, воздух мертвого пространства, вместе с воздухом вдыхаемого, попадает в легкие человека, вредно влияет на процесс дыхания. Поэтому мертвое пространство еще иногда называют вредным пространством. Объем мертвого пространства у взрослого человека составляет примерно 140 мл.

Каждый изолирующий аппарат также имеет своё мертвое пространство, которое в общем прилагается к мертвому пространству органов дыхания человека. Мертвое пространство изолирующих аппаратов содержат маска и дыхательные шланги. Пространство между маской и лицом спасателя (органов дыхания) называется подмасочным пространством, оно также является мертвым пространством.

Легочная вентиляция (л/мин.) – Количество воздуха, вдыхаемого человеком за одну минуту.

Частота дыхания – это количество циклов (вдох-выдох), происходящих за одну минуту. Частота дыхания является не постоянной величиной и зависит от многих факторов.

Частота дыхания в зависимости от возраста человека

В зависимости от возраста человека, частота дыхания меняется и составляет:

у только что родившихся – 60 вдохов / мин.

у годовалых младенцев – 50 вдохов / мин.

у пятилетних детей – 25 вдохов / мин.

у 15–летних подростков – 12-18 вдохов / мин.

С возрастом человека, частота дыхания значительно не изменяется. Однако следует отметить, что у физически хорошо развитого человека частота дыхания уменьшается до 6-8 вдохов / мин.

При выполнении работы с физической нагрузкой, ускоряются физико-химические процессы в организме человека и возрастает потребность в большем количестве кислорода. Согласно этому, увеличивается частота дыхания, при значительной нагрузке может достигать 40 вдохов в минуту.

Однако следует помнить, что полностью используется жизненный объем легких только при частоте дыхания 15-20 вдохов / мин. При увеличении частоты дыхания возможность использования полной емкости легких уменьшается. Дыхание становится поверхностным.

При частоте дыхания 30 вдохов / мин., Емкость легких используется только на 2/3, а при 60 вдохов / мин. всего лишь на 1/4. Количество кислорода, поглощаемого человеком из воздуха при дыхании в единицу времени, называется дозой потребления кислорода. Доза потребления кислорода человеком, величина не постоянная и зависит от частоты дыхания и легочной вентиляции.

При увеличении физической нагрузки на организм человека, увеличивается частота дыхания и легочная вентиляция. Соответственно, растет доза потребления кислорода и увеличивается концентрация углекислого газа в выдыхаемом воздухе. Интересным свойством организма является то, что при вдыхании воздуха через нос в организм попадает на 25% больше кислорода, чем при вдыхании через рот.

Материал с сайта fireman.club

физиология дыхание

Дыхание и содержание углекислого газа в атмосфере

    Обычно содержание углекислого газа в атмосфере составляет лишь 0,03% (по объему), что отвечает 0,5565 мг в 1 л. В метровом слое воздуха, непосредственно примыкающем к земле, над одним гектаром находится лишь 5—6 кг углекислого газа. В сравнении с потребностями растений это немного. Так, сахарная свекла при урожае корней 400 ц с 1 га усваивает в день в период интенсивного роста около 300 кг СО2 на 1 га. Даже в десятиметровом слое воздуха над почвой содержится только 57 кг этого газа, выделяется из почвы при дыхании корней и в процессе жизнедеятельности микроорганизмов еще 50 кг и, наконец, при дыхании надземной части растений высвобождается около 47 кг на 1 га. Это показывает, что в практике может наблюдаться дефицит углеродного питания. [c.44]
    Дыхание растений и животных, гниение их тканей также восполняют содержание углекислого газа в атмосфере. [c.272]

    ДЫХАНИЕ И СОДЕРЖАНИЕ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА В АТМОСФЕРЕ [c.298]

    Насколько велико выделение углекислого газа при дыхании человека, видно из следующего примера. Содержание кислорода в выдыхаемом нами воздухе только на 20% меньше, чем в воздухе вдыхаемом содержание же углекислого газа при выдыхании повышается р 140 раз. Подсчитано, что за 60 лет жизни один человек выдыхает около 8 т углекислого газа. Кроме того, углекислый газ попадает в атмосферу при гниении и горении. [c.15]

    В почве с комковатой структурой, благоприятно влияющей на рост растений, содержание воздуха в идеальном случае может достигать 50 /о объема пор. Воздух в почве оказывает благоприятное влияние на жизнедеятельность почвенных микроорганизмов и тем самым на ее плодородие в целом. Бактерии, грибы, насекомые и корни растений расходуют на дыхание кислород и выделяют соответствующее количество углекислого газа, который благодаря изменениям атмосферного давления и диффузионным процессам снова поступает в атмосферу и таким образом способствует беспрерывному круговороту углерода в природе. Интенсивность дыхания почвы зависит от парциального давления кислорода. При изменении интенсивности дыхания почвы усиливаются или ослабляются рост и развитие растений. Накопление в почве углекислого газа в повышенных концентрациях оказывает на почвенные организмы и растения более или менее сильное токсическое действие. Поэтому аэрация почвы является важным экологическим фактором. Из почвы под буковым лесом за один час выделяется СО2 15,4- 22,0 кг/га, из перегнойной лесной почвы — 2,3 5,9 кг/га, из луговой почвы — 3,3 6,4 кг/га. [c.128]

    Таким образом, зеленым растениям мы в основном обязаны тем, что несмотря на поступающие ежегодно в атмосферу многие миллиарды тонн углекислого газа, образующегося при горении, а также при дыхании животных и растений, содержание СОг и Ог остается в атмосфере достаточно стабильным (рис. 33). [c.92]

    Огромную роль сыграли работы Лавуазье по вопросу о химической природе процесса горения, а также дыхания животных. Примерно в это же время (1777 г.) Шееле опубликовал результаты опытов, в которых он показал, что прорастание семян приводит к уменьшению содержания кислорода в окружаюш,ей атмосфере и к обогашению последней углекислым газом. [c.210]

    Жизнь животных может продолжаться в течение нескольких минут еще в воздухе, содержащем до 30 % угольной кислоты, если остальные 70 /о будут состоять из обыкновенного воздуха но по истечении некоторого времени прекращается дыхание и может наступить смерть. В атмосфере, содержащей б /о углекислоты, пламя свечи очень легко тухнет, но жизнь животного может продолжаться довольно долгое время, хотя ощущение такого воздуха чрезвычайно тяжело даже для низших животных. Дрисутствие 1% окиси углерода в воздухе делает его уже смертельным даже для животных холоднокровных. Воздух инженерных мин, где производят взрывы, известен, как производящий особый вид болезни — минной, весьма сходной с угаром. Глубокие колодцы и подвалы нередко содержат подобные же вещества и их воздух часто производит удушье. Для испытания недостаточно опустить в такое место свечу и судить о безвредности воздуха, если свеча еще не тухнет. Этого достаточно только для того, чтобы судить о содержании углекислого газа. Если свеча горит хорошо, значит его менее б /п-. В сомнительных случаях лучше испытать такое помещение, опустив в него собаку [c.492]

    Не будь на земном шаре зеленых растений, воздух накопил бы столько уг.лекислого газа, что жизнь сделалась бы совершенно невозможной. Среднее содержание уг.иекнслого газа в атмосфере составляет. лишь около 0,03% Д.ЛЯ человека вредно увеличение его концентрации в воздухе до 0,07—0,1%, повышение содержания его до 1%) вызывает нарушение дыхания, а при содержании углекислого газа в воздухе в количестве 25% наступает смерть. Растения, напротив, усиливают синтез органических соединений на свету прп уве.личении содержания углекис.лого газа в возду хе примерно до 13%, при дальнейшем увеличении его концентрации страдают и растения. [c.17]

    Присутствие в природных водах растворенного углекислого газа связано прежде всего с процессами распада органического вещества при его окислении, брожении или гниении. Источниками растворенного СОз являются также дыхание водных организмов и выделение СОг в геохимических процессах. Поглощение СОз из атмосферы играет меньшую роль, так как в ней содержится всего 0,03%» СОз (рсо, = 0,0003 атлзакону Генри растворимость СОз в воде при 10″ должна составлять Ссо, =2310-0,0003=0,69 мг/л. Фактическое содержание СОз в природных водах изменяется в широких пределах— от десятых долей до нескольких сотен мг/л. Из процессов, направленных на уменьшение содержания СОз в природных водах, важнейшими являются удаление его в атмосферу из-за пересыщенности им воды, расходование на растворение карбонатных пород, потребление зеленой растительностью в процессе фотосинтеза. [c.35]

    Во всех случаях, когда необходима искусственная атмосфера, последняя контролируется рядом автоматических приборов, предназначенных для определения и поддержания ее газового состава. Выделяюшлйся в процессе дыхания углекислый газ и водяные пары из искусственной атмосферы поглощаются соответствующими поглотителями. Расходуемый на дыхание кислород все время пополняется по мере снижения его содержания в искусственной атмосфере. При создании искусственной атмосферы в том или ином замкнутом пространстве необходимо учитывать, что обогащение ее кислородом более 21 об.% изменит иинтенсивность окислительных процессов, температуру вспышки и т. д. благодаря устранению сдерживающего влияния азота на процессы горения (табл. 10). [c.37]

    Таким образом, на выделение СОг почвой оказывает влияние комплекс взаимосвязанных факторов биологической и физико-химической природы, дифференцировать которые часто пе представляется возможным. Необходимо кроме того учитывать, что атмосфера Марса состоит преимуществеп-но из углекислого газа это создаст дополнительные трудности технического плана, поскольку очень трудно регистрировать локальные изменения содержания СОг в атмосфере, насыщенной этим газом. Поэтому использование эффекта дыхание ночвы в целях поиска н изни вне Земли вряд ли может дать достоверные результаты. [c.128]

    Газовый состав среды. Этот фактор существенно влияет на интенсивность дыхания растенин. Устаповлено, что с повышением концентрации кислорода в атмосфере интенсивность дыхания многих растительных тканей возрастает, а при повышении концентрации углекислого газа — уменьшается. Градиеит содержания Ог и СО2 влияет на градиент интенсивности аэробного дыхания мясистых органов корнеплодов, клубней картофеля, плодов н др. [c.271]

    Содержание СО2 в атмосфере остается почти постоянным, несмотря на то, что углекислый газ расходуется в процессе фотосинтеза. Дело в том, что все растения и животные дышат. В процессе дыхания (в митохондриях) кислород, поглощаемый из атмосферы живыми тканями, используется для окисления углеводов и других компонентов тканей с образованием в конечном счете двуокиси углерода и воды и с сопутствующим выделением энергии. Высвобождающаяся энергия запасается в виде высокоэнергетического соединения — аденозинтрифосфа-та (АТР), который и используется организмом для выполнения всех жизненных функций. Таким образом, дыхание приводит к расходованию органических веществ и кислорода и увеличивает содержание СО2 на нащей планете. На процессы дыхания во всех живых организмах и на сжигание всех видов топлива, содержащего углерод, в совокупности расходуется в масштабах всей Земли в среднем около 10 000 тонн О2 в секунду. При такой скорости потребления весь кислород в атмосфере должен бы иссякнуть примерно через 3000 лет. К счастью для нас, расход органических веществ и атмосферного кислорода уравновешивается созданием углеводов и кислорода в результате фотосинтеза. Б идеальных условиях скорость фотосинтеза в зеленых тканях растений примерно в 30 раз превышает скорость дыхания в тех же тканях. Таким образом, фотосинтез служит очень важным фактором, регулирующим содержание О2 и СО2 [c.12]

---

Виноват ли углекислый газ в парниковом эффекте / / Независимая газета

Изменение глобальной температуры даже на 10 градусов не приведет к дестебилизации атмосферы

Молекулы углекислого газа атмосферы Земли содержат содержат 800 миллиардов тонн углерода. Фото Reuters

Природа парникового эффекта была объяснена 200 лет назад французским математиком и физиком Фурье. Поверхность поглощает солнечное излучение в видимой области спектра и излучает тепловое инфракрасное излучение (ИК). Из баланса соответствующих им потоков энергии определяется температура поверхности. Если на пути ИК поглощения поставить перегородку или поместить среду, которые частично возвращают ИК на поверхность, испускаемый поверхностью поток инфракрасного излучения увеличивается, что ведет к повышению температуры поверхности.

Пример, иллюстрирующий сказанное. Если бы атмосфера Земли отсутствовала, глобальная (то есть усредненная по времени и по поверхности земного шара) температура составляла бы один градус по Цельсию. Однако ее реальное значение равно 15оC. Еще сильнее парниковый эффект проявляется в атмосфере Венеры, средняя температура поверхности которой составляет 462оC.

Далее будет рассмотрен парниковый эффект в атмосфере Земли и роль в нем атмосферного углекислого газа. Основная цель – представить связь между глобальной температурой и концентрацией основных парниковых компонентов атмосферы.

Эволюция глобальной температуры Земли

Для этого сначала рассмотрим характер изменения глобальной температуры Земли со временем. Отметим, что локальная температура, усредненная по времени, то есть по времени суток и сезону, характеризуется флуктуациями до десятка градусов. Это же относится и к глобальной температуре, которая представляет собой усредненную по земному шару локальную температуру.

Рис. 1. Эволюция глобальной температуры Земли в соответствии с данными НАСА 2015 года. За нуль принимается среднее значение температуры между стрелками.

Для нас представляют интерес изменения глобальной температуры год от года, флуктуации которых измеряются десятыми долями градуса. Поэтому прямое нахождение локальной температуры не позволяет проанализировать характер эволюции глобальной температуры на основании измерений, проводимых на нескольких тысячах метеостанций начиная со второй половины XIX века, а также со спутников.

Это противоречие было преодолено американским ученым Хансеном, который в 1981 году предложил изящный метод для нахождения эволюции глобальной температуры. Этот метод сравнивает локальную температуру для заданной даты и времени суток, но в разные годы. Далее проводится усреднение как по времени суток и по сезону, так и по всему земному шару. Измерения глобальной температуры в зависимости от времени были выполнены в рамках программы НАСА на основе данных метеостанций, а также спутниковых измерений (рис. 1).

Как видно из этого графика, зависимость глобальной температуры от времени немонотонная, причем средний ежегодный прирост глобальной температуры в последние 40 лет составляет (0,018 ± 0,001)оC. 

При этом флуктуация глобальной температуры оценивается как (0,01–0,02)oC, так что достоверное изменение глобальной температуры создается в течение десятка лет. Проводимый НАСА мониторинг глобальной температуры Земли продолжается.

Рассмотренный метод использует одновременные измерения локальной температуры в разных географических точках земного шара. Не останавливаясь на разных методах определения локальной температуры в прошлом, представим метод на основе изотопного анализа отложений.

В этом случае температура материала в исследуемом ископаемом слое определяется из отношения концентраций стабильных изотопов O-18 и O-16, а время перехода этого слоя в отложения определяется из отношения концентраций других изотопов. В частности, датирование для времен примерно десятка тысяч лет следует из концентрации радиоактивного изотопа углерода C-14, время полураспада которого составляет 5730 лет, а образование происходит под действием космических нейтронов в атмосфере.

Эти методы составляют предмет геохронологии, где используются разные изотопы в зависимости от измеряемого времени.

Пример эволюции локальной температуры отложений в прошлом, полученный на основании изотопного анализа отложений, находящихся в глубоких слоях, приведен на рис. 2 вместе с концентрацией углекислого газа в воздушных пузырьках. Эти данные подтверждают условно-периодический характер зависимости температуры Земли от времени. Причем длительность одного ледникового периода составляет примерно 100 тыс. лет, что соответствует теории Миланковича (1920).

Рис. 2. Эволюция температуры поверхности и концентрации молекул углекислого газа вблизи поверхности Земли на станции «Восток» (Антарктида) (Петит и др. 1991).

Согласно ей, изменение температуры Земли происходит в результате изменения наклона земной оси к плоскости эклиптики. Далее, максимальная температура планеты наблюдалась в период эоцена, между 56 млн и 34 млн лет назад, когда она превышала современное значение глобальной температуры планеты примерно на 10 градусов.

Падение астрономического тела размером 10–15 км на поверхность Земли, которое произошло на полуострове Юкатан в Мексике 66 млн лет назад, вызвало и падение температуры Земли примерно на 7 градусов. Это привело к изменению животного мира: крупные динозавры исчезли, мамонты и ряд других млекопитающих заполнили освободившиеся ниши, а летающие динозавры превратились в птиц.

Эти факты показывают, что наша планета устойчива к изменению температуры на 10 градусов.

Зная эволюцию температуры в прошлом (см. рис. 2), можно рассмотреть современную эволюцию глобальной температуры, приведенную на рис.1. Как следует из этого рисунка, вторая половина XIX века и первая половина XX века характеризуются немонотонным изменением глобальной температуры, но в последние примерно 40 лет наблюдается относительно резкое потепление.

Естественно поставить вопрос: носит ли это потепление случайный характер или в последние годы возник стабильный источник энергии на Земле, который ведет к монотонному повышению глобальной температуры со временем? Однако трудно найти такой источник, возникший примерно 40 лет назад. Кроме того, из анализа эволюции локальной температуры в прошлом можно предоставить гораздо большие долговременные флуктуации температуры.

Это приводит к заключению, что наблюдаемое в последние 40 лет потепление является долговременной флуктуацией и поэтому может смениться в любой момент похолоданием. Имеется ряд примеров этому в прошлом.

В частности, начало прошлого тысячелетия было теплым, и в это время викинги оккупировали Гренландию. Однако, к XIII–XIV векам оно сменилось похолоданием, и викинги покинули Гренландию. Отметим при этом, что климатические события в прошлом мы не можем анализировать численно с точностью данных рис. 1.

Только в данных за последние 140 лет мы можем искать связь с короткими циклами солнечной активности.

Углекислый газ в атмосфере Земли

Нашей задачей является анализ вклада углекислого газа в парниковый эффект Земли, что дает возможность определить изменение глобальной температуры в результате наблюдаемого роста концентрации атмосферного углекислого газа. Характерное время нахождения молекулы углекислого газа в атмосфере составляет четыре-пять лет. Поэтому требуются точные измерения концентрации углекислого газа в атмосферном воздухе вдали от источников и поглотителей углекислого газа.

Основной источник такой информации – обсерватория Мауна Лоа (Mauna Loa), расположенная на Гавайях (США), которая находится на плоскогорье на высоте 3400 м над уровнем моря. Это исключает влияние источников углекислого газа и позволяет оперировать с более или менее стабильной концентрацией углекислого газа в атмосферном воздухе. Согласно измерениям обсерватории Мауна Лоа, скорость накопления углекислого газа, которая составляла 0,7 ppm в год в 1959 году, теперь равна примерно 2,4 ppm в год (ppm – миллионная доля от какого-то базового показателя, единица измерения каких-либо относительных величин, равная 10-6).

Приведем эти представленные данные к стандартному анализу парникового эффекта атмосферы Земли. Одним из принятых параметров, описывающих изменение глобальной температуры в результате изменения концентрации парниковых газов, является равновесная чувствительность климата (ECS – equilibrium climate sensitivity) (Аррениус 1896). Она представляет собой изменение глобальной температуры при удвоении концентрации молекул углекислого газа.

Вышеприведенные значения для скорости изменения глобальной температуры начиная с 1980 года, как и концентрации атмосферного углекислого газа, дают для этой величины ECS = (1,8 ± 0,1) oC. На основе большого числа палеонтологических измерений, пример которого представлен на рис. 2, одновременное измерение скорости изменения локальной температуры и концентрации углекислого газа дает ECS = (3,0 ± 1,5) oC. Большая погрешность связана с тем, что вклад углекислого газа в парниковый эффект был разным в разные времена.

В представленных случаях концентрация углекислого газа использовалась как инструмент для определения состояния атмосферы. При другой постановке задачи, когда при изменении концентрации углекислого газа другие параметры атмосферы поддерживаются неизменными, изменение глобальной температуры при удвоении концентрации атмосферного углекислого газа составляет ECS = (0,4 ± 0,1) oC. Этот результат, полученный нами на основе классической молекулярной спектроскопии в рамках модели стандартной атмосферы, говорит о том, что вклад углекислого газа в парниковый эффект атмосферы составляет (15–20)%.

При этом отметим, что парниковый эффект в атмосфере Земли определяется тремя компонентами – водяным паром, водными аэрозолями и углекислым газом. Поскольку молекулярные компоненты излучают и поглощают в ограниченной области спектра, то их вклад в тепловое излучение Земли также ограничен.

Рассмотрим баланс углерода в атмосфере Земли, которая в настоящее время содержит примерно 800 млрд т углерода в молекулах углекислого газа. Ежегодно примерно 200 млрд т углерода усваивается растениями в результате фотосинтеза и столько же выделяется в атмосферу при гниении и дыхании растений. В результате производственной деятельности человека ежегодно добывается и сжигается примерно 10 млрд т углерода в составе угля, нефти и газа, причем основная часть продукта сгорания попадает в атмосферу Земли.

Как видно, максимальный вклад в скорость перехода углекислого газа в атмосферу за счет производственной деятельности человека не превышает 5%. Отсюда следует, что увеличение глобальной температуры за счет производственной деятельности человека при удвоении концентрации углекислого газа в атмосфере составляет примерно 0,02 градуса. Это гораздо ниже погрешности, которая возможна при современных измерениях глобальной температуры.

Парижское соглашение по углекислому газу

Совсем другие цифры положены в основу Парижского климатического соглашения (2015). В нем утверждается, что красная черта для необратимого нагревания атмосферы составляет 2oC, и мы можем достичь этой черты в ближайшее время, если не сократим выбросы углекислого газа в атмосферу. Для этого нужно разрабатывать также «неуглеродные» технологии.

Основной экономический тезис Парижского соглашения глубоко спрятан в тексте (пункт 9.3). Он сводится к тому, что для передачи этих технологий слаборазвитым странам необходимо, чтобы остальные страны ежегодно отдавали 100 млрд долл. определенным корпорациям, создающим эти технологии. Наша страна будет платить за это сумму, которая сравнима с той, что тратится на образование или здравоохранение.

На самом деле, как это показывает приведенный выше анализ, это соглашение можно уподобить одной из многочисленных пиар-кампаний нашего времени, где обоснование не имеет принципиального значения. Вместо этого достаточно махнуть пробиркой или привести случайные аргументы, которые впоследствии окажутся ошибочными. Но главное – правильно провести кампанию, чтобы убедить общественность.

В результате возникает своеобразная картина.

С одной стороны, в научной литературе и Интернете на основе исследований многих ученых доказывается, что накопление углекислого газа в атмосфере несущественно для климата. В частности, наблюдаемое потепление за последние полтора века может произойти за счет увеличения влажности атмосферного воздуха на 5%. С другой стороны, пропаганда, осуществляемая средствами массовой информации, дает другую картину. Видимо, в США, где атмосферная наука находится на другом уровне, можно сформулировать объективное отношение к данной проблеме. В частности, президент США Дональд Трамп во время предвыборных дебатов выразил сомнение в Парижском соглашении, и, когда он стал президентом, США объявили о предстоящем выходе из него.

Экологические проблемы атмосферы

Можно утверждать, что накопление углекислого газа в атмосфере при современных условиях не влияет на климат, как и на физиологические процессы, поскольку в выдыхаемом человеком воздухе содержится более 5% углекислого газа. Казалось бы, отсюда следует, что влияние деятельности человека на изменение климата в глобальном масштабе не представляет интереса.

Однако при анализе этой проблемы возникают другие вопросы и замечания. Скажем, как следует из данных рис. 2, в течение долгого времени в прошлом концентрация углекислого газа изменялась в пределах между 0,02 и 0,03%. Однако начиная с середины прошлого века концентрация атмосферного углекислого газа вышла из этого интервала и составляет 0,04%. Это свидетельствует о понижении скорости фотосинтеза, что может быть связано с уменьшением площади, занятой лесами.

Отметим, что выше мы основывались на данных НАСА, относящихся к глобальной температуре и средней концентрации атмосферного углекислого газа. Эти данные получены в результате многолетней кропотливой работы больших коллективов ученых. Однако подобная информация, относящаяся к фотосинтезу на поверхности Земли, отсутствует. Ежегодно горят леса в Калифорнии, Западной Европе, Восточной Сибири, вырубаются леса в акватории Амазонки. К сожалению, мы не располагаем связанной с этим подробной информацией, как в рассмотренных выше случаях.

При анализе устойчивости современной атмосферы Земли необходимо понять, при каких изменениях основных параметров существующий режим эволюции атмосферы сохранится. На основе опыта прошлого можно утверждать, что изменение глобальной температуры на 10 градусов не приведет к выходу из этого режима. Отметим, что на стадии формирования Земли, Венеры и Марса параметры их атмосфер были близкими и отличались на десятки процентов, а не в разы. Но последующее развитие атмосфер этих планет пошло по разным сценариям, и в настоящее время они существенно различаются.

В принципе даже слабые возмущения могут повлиять на устойчивость атмосферы. Как было установлено датским ученым Хенрихом Свенсмарком (1997), интенсивность космических лучей, вызывающих ионизацию в атмосфере Земли, коррелирует со степенью покрытия поверхности Земли облаками, поскольку ионы являются ядрами конденсации для атмосферной воды. Однако мощность, затрачиваемая на ионизацию атмосферы – 109 Вт, – на несколько порядков величины меньше мощности проникающего в атмосферу солнечного излучения – 1,7 х 1017 Вт.

Отсюда следует, что в цепи энергетических атмосферных процессов имеются чувствительные к относительно слабым изменениям, так что изменение мощности соответствующих процессов мало даже по сравнению с мощностью глобальных процессов в результате производственной деятельности человека. Для сравнения: мощность, выделяемая при сжигании горючих полезных ископаемых, составляет примерно 2 х 1013 Вт.

Комментарии для элемента не найдены.

Беглые мысли об альвеолярном воздухе В честь великого физиолога Дж. Холдейна

Авторы: Э.М. Ходош, к.м.н., Харьковская медицинская академия последипломного образования, городская клиническая больница № 13, г. Харьков

Основателем естественных наук в их современном виде признан Галилео Галилей (1564-1642). Именно он, сын музыканта и несостоявшийся врач, впоследствии философ и профессор математики, впервые ввел в практику эксперимент, поставленный специально для проверки той или иной идеи. Почему возникает то или иное явление?
Этот вопрос ставит перед собой человек тотчас после восприятия этого самого явления. И если на ощущение восприятия сравнительно легко находится ответ даже у животных, то ответить на вопрос, почему и как возникло данное событие, бывает нередко затруднительно. Это отчетливо показывает вся история развития человеческих знаний.

В прошлом, наблюдая те или иные явления и не зная их причин, человек ограничивался ссылками на Творца или на имманентную целесообразность, подменяя познание объективных причин явлений «целью» Творца или природы. Ортодоксальное, религиозное познание сковывало развитие, делало процесс познания плоским, умозрительным и беспредметным, поскольку в нем отсутствовал научный эксперимент и реальное представление о вещах. Однако есть научные события, к которым отрадно возвращаться в мыслях, – это великие открытия, связанные с проникновением человеческого ума в скрытые тайны организма.
Это прежде всего обширная область опытов над дыхательными движениями и дыхательными процессами и то, как они реализовались в исследованиях D.S. Haldane, J. Barcroft, D.D.Van-Slyke, N. Hasselbach и M. Krogh. Эта громадная работа, производившаяся с неизменной настойчивостью, привела к ясности понимания дыхания и его регуляции, связи дыхания с газовым составом крови, с нашими представлениями о крови как определенной физико-химической системе, что составляет один из наиболее изученных разделов физиологии и клинической медицины. Термин «дыхание» эволюционировал много раз, его конкретное содержание зависело от области применения. В физиологии этим термином обозначали процесс газообмена между организмом и средой его обитания, сопровождающийся поглощением кислорода, выведением углекислого газа и метаболической водой [1]. То есть дыхание – это совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода, использование его в биологическом окислении и удалении из организма углекислого газа. Под газами артериальной крови стали подразумевать измерение рН, PCO₂ и PO₂, которые отражают состояние крови, покидающей малый круг кровообращения. При этом дополнительно происходят измерение насыщения (сатурация) гемоглобина кислородом (О2Нb), карбоксигемоглобина (COHb) и метгемоглобина (metHb), концентрация бикарбонатов и избыток оснований (ВЕ). Таким образом, данные показатели характеризуют способность легких насыщать кровь кислородом (оксигенировать) и выводить углекислый газ (вентилировать). В данном случае рН определяется присутствием в крови связанных кислот и способностью легких выводить углекислый газ.
Тем не менее чуть более 60 лет назад многие физиологи считали, что в легких происходит секреция кислорода в капилляры, то есть его перемещение против градиента парциального давления. В дальнейшем с помощью более точных методов было показано, что все газы в легких проходят через альвеолярную стенку путем пассивной диффузии, которая характеризуется тем количеством газа, которое проходит через альвеолярно-капиллярную мембрану за минуту из расчета на 1 мм рт.ст. разницы парциального давления газа по обе стороны мембраны [2]. Механизм, осуществляющий газообмен между атмосферой и кровью малого круга кровообращения, был назван внешним, или легочным, дыханием [1]. Существуют и другие элементы механизма, участвующие в акте дыхания: кровообращение, обеспечивающее транспорт газов и избавление от них [2]; кровь как специфическая газотранспортная среда [3]; внутреннее, или тканевое, дыхание, осуществляющее процесс клеточного окисления в тканях [4]; и, наконец, нейрогуморальный аппарат регуляции дыхания [5].
Первым звеном и значительным завоеванием в указанной области был метод извлечения из легких человека альвеолярного воздуха, разработанный английским физиологом Джоном Скоттом Холдейном (1860-1936). Будучи демонстрантом и ассистентом, а затем профессором, руководителем физиологической лаборатории и одновременно директором горнорудной лаборатории (1912-1936), он почти полвека, практически до конца жизни, работал на кафедре физиологии в Оксфорде.
Судя по всему, значение состава альвеолярного воздуха, то есть воздуха, остающегося в легких после спокойного выдоха, было понятно как ученым того периода, так и их предшественникам. Например, еще Edward F. Pfluger пытался извлекать альвеолярный воздух из легкого животных при помощи изобретенного им легочного катетера. Хотя этот метод и давал некоторые результаты, но был сложным, громоздким и не всегда надежным.
Для того чтобы получить воздух из альвеол легких человека, Холдейн разработал простой способ. В ротовую полость человек вводил один конец каучуковой трубки, длина которой приблизительно 1,5 м, в поперечнике – около 2 см, и некоторое время производил дыхательные движения обычной средней величины, затем делал интенсивный и форсированный экспираторный маневр, на какой был способен. Вслед за этим он языком закрывал отверстие трубки, находящейся во рту, в это время его ноздри были зажаты с самого начала опыта. Последняя порция выдохнутого при указанных условиях воздуха представляет собой альвеолярный воздух, который нужно только извлечь из части трубки, находящейся ближе ко рту человека. С самого начала эксперимента устанавливали отводную трубку с газовой пипеткой (газоприемником), в которую после сильного выдоха набирали экспираторный воздух.
Анализ показывал, что в альвеолярном воздухе, добытом таким образом, содержится около 5% углекислого газа. Процентное содержание углекислоты в альвеолярном воздухе у конкретного индивидуума было постоянным и представляло собой при обычных условиях характерную константу для данного организма. В результате эксперимента стало очевидным, что необходимым условием нормального газообмена является постоянство газового состава альвеолярного воздуха.
Зная состав альвеолярного воздуха и барометрическое давление, можно определить парциальное давление углекислого газа (PСО₂) в альвеолах и любого газа (Pх) в газовой смеси, если известно процентное содержание его в этой смеси (b) и общее давление (Р), которое рассчитывается по формуле Рх = Pbх100^-1. Так, например, при атмосферном давлении в 760 мм рт. ст. и 5,3% углекислого газа в альвеолярном воздухе РСО₂, будет 37,8 мм рт.ст. Это парциальное давление и есть, в сущности, та константа, которую установил Холдейн. Правда, этот метод неточен, так как во многом зависит от желания испытуемого и его физического состояния. Необходимым условием эксперимента является высокий объем выдоха, значительно превышающий объем анатомического мертвого пространства. Это условие не может быть выполнено у больных с тяжелыми поражениями легких, у которых резко снижен объем выдоха, поэтому состав выдохнутого газа в отдельных клинических случаях может не соответствовать газовому составу альвеолярного воздуха.
Конечно, для полного выяснения вопроса потребовалось проведение еще многих исследований. Однако даже этот краткий экскурс в историю физиологии дыхания показывает, что идея Холдейна использовать человеческий организм для определения альвеолярного воздуха увенчалась полным успехом. В дальнейшем стали использовать высокочувствительные безынерционные газоанализаторы, позволяющие непрерывно регистрировать содержание углекислого газа в выдыхаемом воздухе.
В начале выдоха регистрируется незначительное содержание СО₂ (в анализатор поступает газ мертвого пространства), затем концентрация СО₂ постепенно нарастает и устанавливается на максимальном уровне (в это время записывается горизонтальная кривая). Такая идеальная кривая наблюдается у здоровых лиц. При выраженной неравномерной вентиляции очень трудно получить точные данные об альвеолярной концентрации СО₂: кривая концентрации СО₂ у таких больных постоянно растет и иногда даже при максимальном выдохе не переходит в горизонтальную.
Нельзя сказать, что изучение свойств альвеолярного воздуха было всегда успешным, но факт остается фактом: феномен Холдейна и сегодня находится в поле зрения врачей и исследователей. Поскольку парциальное давление угольной кислоты, а не ее содержание, и есть константа, получается, что Холдейн доказал это тем, что, помещая исследуемого в камеру с высоким давлением, он определял у него состав добытого альвеолярного воздуха. Протокол одного из многих опытов Холдейна свидетельствует, что при давлении в камере 1540 мм угольной кислоты в альвеолах находится не 5,3%, а только 2,7%. Парциальное давление в таком случае равнялось 40,5 мм. Когда давление в камере было 2310 мм, содержание углекислоты в альвеолярном воздухе становилось 1,8%, а парциальное давление – 40,7 мм. При давлении в 4640 мм углекислоты в альвеолах еще меньше – 0,9%, а парциальное давление 41,3 мм. Цель регуляции дыхания сводится к тому, чтобы поддерживать одно и то же парциальное давление углекислоты в альвеолах. Другими словами, нужно поддерживать на одной и той же высоте напряжение углекислого газа крови, омывающей капилляры легочных альвеол на наружной стороне альвеолярно-капиллярной мембраны, иначе – артериальной крови, то есть той крови, которая, переправившись из легкого в левое предсердие, через короткое время попадает в капилляры дыхательного центра.
Холдейн при помощи опытов с альвеолярным воздухом человека показал, как чутко реагирует дыхательный центр на малейшее увеличение углекислоты в альвеолярном воздухе изменением дыхательного объема, глубиной и частотой дыхательных движений. При этом удерживается напряжение углекислого газа в легких, а следовательно, и в артериальной крови на одном и том же уровне. Зная напряжение СО₂ в альвеолярном воздухе, можно оценить напряжение этого газа в артериальной крови. Для определения альвеолярного PCO₂ используют показатели PCO₂ в артериальной крови. Для того, чтобы избежать пункции артерий, применяют метод Колье. Суть его заключается в том, что при дыхании смесью, содержащей 7-8% СО2, устанавливается равновесие PCO₂ альвеолярного воздуха со смешанной венозной кровью. По уровню PCO₂ смешанной венозной крови определяется венозно-артериальная разница. Для определения артериального (альвеолярного) PCO₂ из установленного PCO₂ смешанной венозной крови вычитается величина венозно-артериальной разницы PCO₂. Холдейн вместе со своими учениками Duglas, Piestley и Christiansen разработали метод, который позволил определить непрямым путем напряжение угольной кислоты в венозной крови человека. Оценивая напряжение угольной кислоты у одного и того же индивидуума в артериальной и венозной крови при помощи исследования альвеолярного воздуха, они определили уровень потери легкими углекислоты. Так, в одном из описанных авторами случаев, напряжение углекислоты в артериальной крови было 40,7 мм, в венозной – 46,3 мм. По разности – 5,6 мм – можно узнать, сколько каждые 100 см³ крови в легких теряют углекислоты.
В литературе долго обсуждался вопрос, можно ли определение газов венозной крови использовать по аналогии с определением газов артериальной крови. Окончательные выводы засвидетельствовали, что аналогии здесь нет. Поскольку газы артериальной крови отражают функцию легких, а газы венозной крови – адекватность оксигенации тканей и выведения из них углекислого газа, следовательно, их определение имело качественные различия. В настоящее время считается, что низкое PO₂ (<35 мм рт. ст.) смешанной венозной крови свидетельствует о тканевой гипоксии и может быть результатом ухудшения доставки кислорода в ткани, а также повышения потребления кислорода тканями. Как мы отмечали выше, PO₂ венозной крови ниже PO₂ артериальной крови, и нередко зависимость между ними крайне мала. Например, при снижении сердечного выброса, нормальной функции легких и высокой FiO₂ PО₂ смешанной венозной крови может быть низким, а PO₂ артериальной крови высоким. В норме PCO₂ смешанной венозной ненамного превышает PCO₂ артериальной крови, однако PCO₂ венозной крови зависит от кровотока. В случае снижения кровотока (например, при асистолии), PCO₂ венозной крови будет очень высоким, даже если PCO₂ артериальной крови будет нормальным или сниженным. Таким образом, газовый состав артериальной и смешанной венозной крови зависит от различных физиологических механизмов, поэтому по результатам исследования одного из них нельзя судить об остальных.
Имея в своем распоряжении так называемые диссоциационные кривые, которые получены при помощи выработанных авторами во время опытов над несколькими кубическими сантиметрами крови человека, Холдейн, а также J. Barcroft исследовали собственную кровь и установили очень точные кривые, выражающие зависимость содержания в крови углекислоты от ее парциального давления. Венозная кровь, транспортируясь, превращается в легких в артериальную и теряет согласно данным упомянутых кривых на каждые 100 см³ – 2,3 см³ углекислого газа, что соответствует указанному ранее падению парциального давления – 5,6 мм. Количественное исследование газового обмена у испытуемого показало, что объем углекислого газа в выдыхаемом воздухе за одну минуту составляет 190 см³. На основании вышеприведенных данных нетрудно заключить, что за 1 минуту через легкие проходит 8300 см³ крови, а так как число сердечных сокращений во время исследования было 53 раза в минуту, то в каждый сердечный выброс количество крови составляло 156 см³.
Оставалось выяснить, как связывается в крови углекислый газ и благодаря чему происходит отдача его кровью? Безусловно, благодаря парциальному давлению, на что указывали кривые диссоциации соединений углекислоты в крови, которые подобны кривым диссоциации оксигемоглобина (рис.).
На рисунке точка А на нижней кривой соответствует напряжению углекислоты, равному 40 мм рт. ст., то есть тому напряжению, которое фактически наблюдается в артериальной крови. При таком напряжении становится связанным 52 об.% СО₂. Точка V на верхней кривой соответствует напряжению углекислого газа – 46 мм рт. ст., то есть фактически имеющемуся в венозной крови. При таком напряжении венозная кровь связывает 58 об.% углекислого газа. Линия АV, соединяющая верхнюю и нижнюю кривые, соответствует изменениям способности связывать углекислый газ, которые происходят в результате превращения артериальной крови в венозную или наоборот. С еще большей определенностью можно сказать о том, что венозная кровь благодаря Hb, переходящему в оксигемоглобин, в капиллярах легких отдает около 6 об.% СО₂. Если бы в легких гемоглобин не превращался в оксигемоглобин, то, как видно из кривой, венозная кровь при имеющемся в альвеолах PСО₂, равном 40 мм рт. ст., связывала 54 об.% СО₂, следовательно, отдавала бы не 6 об.%, а только 4 об.%. Если бы артериальная кровь в капиллярах большого круга не отдавала своего кислорода, то есть Hb ее оставался насыщенным кислородом, то эта артериальная кровь при рСО₂, имеющемся в капиллярах тканей тела, могла бы связывать не 58 об.% СО₂, а лишь 55 об.%. Таким образом, переход гемоглобина в оксигемоглобин в легких и оксигемоглобина в гемоглобин в тканях тела способствует поглощению и отдаче примерно 3-4 об.% углекислого газа из тех 6 об.%, которые поглощает кровь в тканях, возвращая его в легкие. Около 25-30% выделяемого в легких углекислого газа переносится карбогемоглобином [4].
Физическое растворение СО₂, как и в случае с О₂, подчиняется закону Генри, однако растворимость СО₂ примерно в 20 раз выше, поэтому растворенная форма СО₂ весьма важна для его транспорта. На ее долю приходится около 10% углекислого газа, переходящего в легкие из крови. Вследствие бесферментной реакции диссоциации угольной кислоты содержание ионов НСО₃– в эритроците повышается, они диффундируют в кровь. Однако ионы Н⁺ не могут следовать за ними, так как мембраны эритроцитов слабо проницаемы для катионов. Для поддержания электронейтральности из плазмы в эритроциты входят ионы Сl– (так называемый хлоридный сдвиг).
В результате диффузии хлорид-ионов на основании правила равновесия Гиббса-Доннана высвобождаются ионы Н⁺, которые частично связываются с гемоглобином. Эта реакция облегчается тем, что восстановленный Hb представляет собой более слабую кислоту, которая является лучшим акцептором протонов, чем оксигенированный Hb. Таким образом, присутствие восстановленного Hb в венозной крови способствует связыванию СО₂, тогда как его окисление в легочных капиллярах облегчает отдачу углекислого газа. Увеличение сродства крови к СО₂ при ее дезоксигенации часто называют эффектом Холдейна [5]. Всякое появление кислых продуктов в крови уменьшает общее количество связанной углекислоты, поскольку поступившая в кровь кислота, например молочная, захватывает часть щелочи. Вытесненная при этом угольная кислота, повышая концентрацию ионов Н⁺, через усиленное раздражение дыхательного центра (ДЦ) приводит к тому, что эта же избыточная угольная кислота удаляется легкими вследствие усиления дыхательных движений.
Идеи Холдейна основаны на предположении о том, что в конце выдоха анатомическое мертвое пространство заполнено газом альвеолярного воздуха. Холдейн обратил внимание и на то, что вентиляция разных участков легких неодинакова. Неравномерность вентиляции разных участков легких в дальнейшем была доказана Фоулером в опытах, проведенных с помощью нитрометра, позволяющего непрерывно автоматически регистрировать концентрацию азота в выдыхаемом воздухе. Более того, метод Холдейна, по которому при помощи вдыхания окиси углерода у человека определяется количество крови, позволяет узнать и длительность круговорота крови, если при этом учесть емкость желудочков.
Благодаря упомянутым методикам исследования у человека альвеолярного воздуха и в связи с исследованием газового содержания крови стало возможным решить давний вопрос о том, что является раздражителем для ДЦ – повышение количества угольной кислоты (гиперкапния) или недостаток кислорода (гипоксемия).
Еще в опытах Фредерика с перекрестным кровообращением показано, что деятельность ДЦ изменяется при изменении напряжения СО₂ и О₂ в крови, особенно СО₂. Повышение напряжения углекислоты вызывает возбуждение ДЦ, приводящее к увеличению вентиляции легких, а понижение ее в крови угнетает деятельность ДЦ, что приводит к уменьшению вентиляции легких. В дальнейшем роль углекислоты в регуляции дыхания Холдейн изучал в опыте, в котором человек находился в замкнутом пространстве небольшого объема.
В другой серии экспериментов Холдейн определял объем вентиляции легких и содержание углекислого газа в альвеолярном воздухе при дыхании газовой смесью с разным содержанием углекислого газа (табл.).
Приведенные в таблице данные показывают, что с увеличением содержания СО₂ во вдыхаемом воздухе нарастает его содержание в альвеолярном воздухе, а значит, и в артериальной крови. При этом усиливается и вентиляция легких, а состояние ДЦ зависит от содержания углекислого газа в альвеолярном воздухе. Выявлено также, что повышение содержания СО₂ в альвеолах на 0,2% вызывает увеличение вентиляции легких на 100%, и наоборот, уменьшение содержания СО₂ в альвеолярном воздухе снижает деятельность ДЦ. В дальнейшем, в результате экспериментов, проведенных Винтерштейном, удалось доказать, что возбуждение ДЦ вызывает не сама угольная кислота, а повышение концентрации водородных ионов вследствие увеличения их содержания в клетках ДЦ. Это мнение основано на том, что усиление дыхательных движений наблюдается при введении в артерии, питающие мозг, не только угольной кислоты (Н₂СО₃), но и других кислот, например молочной. Водородный ион служит, как выражаются некоторые специалисты, гормоном для ДЦ.
Установленные Винтерштейном факты нашли подтверждение в ряде экспериментальных исследований, однако отрицание специфической роли угольной кислоты в возбуждении ДЦ оказалось преждевременным. Как было показано, при одной и той же концентрации водородных ионов угольная кислота возбуждает ДЦ сильнее, чем другие кислоты. На этом основании большинство исследователей признали, что Н₂СО₃ оказывает специфическое действие на ДЦ. Впервые это было доказано в опытах Джекобса.
Итак, всякое повышение напряжения угольной кислоты в крови приводит к повышению концентрации водородных ионов и, следовательно, к раздражению ДЦ. При сильной недостаточности О₂ в крови центр тоже раздражается. Но раздражающей причиной служит не недостаток кислорода, а последствия, которые влечет за собой для крови недостаток кислорода. В последнем случае процесс окисления не завершается образованием конечных продуктов – воды и углекислоты. Он останавливается на стадии образования кислых продуктов, прежде всего молочной кислоты, которая появляется в крови и приводит к увеличению концентрации водородных ионов и таким образом – к раздражению ДЦ. Избыток углекислоты в крови и недостаток кислорода вызывают повышение концентрации водородных ионов и только таким путем раздражают ДЦ.

Вместо заключения
Едва ли можно сомневаться в том, что мы описали величайшие физиологические завоевания, раскрывшие суть дыхательного процесса в норме и патологии. В истории были и есть люди, которые умели самостоятельно, без прецедентов, уставов и положений творить среди научного хаоса. Таким пионером был Дж. Холдейн, ученый, ставший для последующих поколений одним из вдохновеннейших научных воспитателей и экспериментаторов в области физиологии.

Литература
1. Словарь-справочник по физиологии и патофизиологии дыхания / Под ред. д-ра мед. наук В.А. Березовского. – К.: Наукова думка. – 1984. – С. 77-117.
2. Справочник по функциональной диагностике/ Под ред. академика АМН СССР И.А. Кассирского. – М.: Медицина. – 1970. – С. 244-303.
3. Секреты пульмонологии /Полли Э. Парсонз, Джон Э. Хеффнер; пер. с англ. – М.: МЕДпресс-информ. – 2004. – С. 45-78.
4. Бабский Е.Б., Зубков А.А., Косицкий Г.И., Ходоров Б.И. Физиология человека.- М.: Медицина. – 1966. – С.134-172.
5. Уэст Дж. Физиология дыхания. Основы / Пер. с англ. – М.: Мир. – 1988. – 200с.

СТАТТІ ЗА ТЕМОЮ

07.10.2021 Онкологія та гематологія Лікар-онколог про труднощі й особливості діагностики онкологічних захворювань

Рак – ​це захворювання, яке сучасна медицина вміє діагностувати, лікувати та контролювати. Виявлення хвороби на  ранній стадії дозволяє призначити відповідну терапію та вчасно її розпочати, що сприятиме одужанню. Саме тому своєчасна діагностика відіграє вирішальну роль в успішному лікуванні онкологічних захворювань. Про особливості діагностики онкологічної патології розповідає лідер напряму онкології, хірург-онколог Медичної мережі «Добробут» Костянтин Володимирович Копчак….

07.10.2021 Педіатрія Пахідермодактилія – незвичайний діагноз при суглобовому синдромі

Зазвичай, коли у пацієнта виникають симетричні потовщення в ділянці міжфалангових суглобів кистей, лікарі найчастіше встановлюють діагноз артрит. Але є стани з подібними симптомами, не пов’язані з запальними процесами у цих суглобах. Пахідермодактилія (від грецького pachy – товстий, dermos – шкіра, dactylos – пальці) – один із них, у дітей зустрічається рідко, тому лікар не завжди одразу може встановити правильний діагноз….

Химический состав выдыхаемого воздуха из легких человека

Как биологическому виду, людям для выживания необходим воздух; потребность, которую он разделяет с большинством других членов Королевства Животных. После того, как человек вдыхает земной воздух (примерно 78 процентов азота и 21 процент кислорода), он или она выдыхает смесь соединений, аналогичных вдыхаемому воздуху: 78 процентов азота, 16 процентов кислорода, 0,09 процента аргона и четыре процента углекислого газа. Некоторые ученые предполагают, что выдыхаемый воздух содержит до 3500 соединений, большинство из которых находятся в микроскопических количествах.Однако в этом есть некоторая вариативность. Качество воздуха может повлиять как на содержание того, что люди вдыхают и выдыхают, что беспокоит некоторых защитников окружающей среды, когда речь идет о промышленных предприятиях и автомобилях, выделяющих потенциально вредные газы. Точно так же некоторые врачи предполагают, что мониторинг химического состава воздуха, который выдыхает человек, может быть полезным диагностическим инструментом при выявлении респираторных заболеваний.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Людям и многим другим видам нужен воздух, чтобы жить.Они вдыхают сочетание элементов и соединений и выдыхают похожий набор с разными пропорциями. Выдыхаемый воздух состоит из 78 процентов азота, 16 процентов кислорода, 4 процентов углекислого газа и, возможно, тысяч других соединений.

Краткое описание дыхания

Люди, как и многие другие животные, вдыхают воздух через рот в легкие. Грудная полость, содержащая легкие, расширяется и сжимается вместе с диафрагмой при движении вниз и вверх. Внутри легких небольшие мешочки, называемые альвеолами, наполняются воздухом.Оттуда кислород из воздуха проходит через тонкие стенки альвеол в кровь, где он используется в аэробном дыхании — процессе, с помощью которого клетки превращают кислород и сахар в химическую энергию, углекислый газ и воду. Затем кровь переносит оставшийся углекислый газ обратно в легкие, и человек выдыхает его вместе с другими частями воздуха, которые не нужны для жизни человека, такими как азот. В среднем люди используют и поглощают около 4 процентов кислорода, который они получают из воздуха.

Что в дыхании?

Азот составляет основную часть (78 процентов) воздуха, который люди вдыхают и выдыхают, учитывая, что человеческим телам он не нужен. На втором месте находится кислород (21 процент на входе, 16 процентов на выходе) и на дальнем третьем месте углекислый газ (0,04 процента на входе, четыре процента на выходе). В выдыхаемом воздухе присутствуют и другие микроэлементы, такие как аргон (0,09 процента в обе стороны, опять же потому, что люди его не используют). Люди также выдыхают водяной пар, побочный продукт клеточного дыхания, со скоростью, которая зависит от человека, его здоровья и других факторов.

В воздухе, который люди вдыхают и выдыхают, могут присутствовать другие химические вещества, некоторые из которых могут быть вредными для здоровья человека. Промышленные твердые частицы, дым от сигарет и другие химические вещества, такие как оксиды серы и азота, могут нанести вред легким. Некоторые формы опасных веществ, такие как микробы и частицы, попадают в волосовидные наросты, выстилающие проход в горло человека. Названные ресничками, они помогают защитить людей от этих элементов в воздухе Земли, но это не идеальная система, и иногда вещи могут достигать остальной части легких и попадать в альвеолы.Например, микробы потенциально могут вызывать инфекции.

Ожидание выдоха | NRDC

«Я выделяю парниковые газы; вы выбрасываете парниковые газы; член рейтинга, участники нашей дискуссии, все мы выделяем парниковые газы ».

— Представитель штата Вайоминг Синтия Ламмис на слушаниях Комитета по природным ресурсам 13 мая

Это не столько отрицание изменения климата, сколько крик о помощи. Представитель Ламмис не понимает биогенных источников парниковых газов — вклада человека в глобальное потепление.Расслабься, Ламмис. У меня хорошие новости: выбросы вашего организма в лучшем случае незначительно влияют на изменение климата, и вы даже можете быть скромным устройством для связывания углерода. Я впервые затронул этот вопрос в 2009 году для Slate , когда мировое население приближалось к семи миллиардам. Эта статья находится ниже, полностью перепечатанная.

* * *

Научно-исследовательский институт из Вашингтона, округ Колумбия, выпустил в среду отчет, в котором прогнозируется, что население мира в какой-то момент в 2011 году достигнет семи миллиардов.Вносит ли коллективный выдох углекислого газа всеми этими людьми значительный вклад в глобальное потепление?

Нет. Люди действительно выдыхают почти три миллиарда тонн углекислого газа ежегодно, но выдыхаемый нами углерод — это тот же самый углерод, который «вдыхал» из атмосферы растения, которые мы потребляем. (Когда мы едим мясо, мы по-прежнему едим тот же углерод, за исключением того, что он проходит через скот, попадая в наши рты и попадая в атмосферу.) Единственный способ добавить углерод в атмосферу — это взять его из изолированного источника, такого как ископаемое топливо — где он был защищен от атмосферы в течение миллионов лет — и сжечь его.Так что дышите спокойно.

Средний человек в день выдыхает около 2,3 фунтов углекислого газа. (Точное количество зависит от вашего уровня активности — человек, занимающийся энергичными упражнениями, производит в восемь раз больше CO2, чем его малоподвижные собратья.) Возьмите это число и умножьте на население в 7 миллиардов человек, дышащих 365,25 дней в году. , и вы получите 2,94 миллиарда тонн углекислого газа в год. Международные выбросы углекислого газа от сжигания ископаемого топлива в 2008 году превысили 34.7 млрд тонн. Таким образом, человечество выдыхает примерно на 8,5% углерода больше, чем мы сжигаем. Эксперты сразу же отмечают, что эта цифра бессмысленна, поскольку человеческое дыхание является частью «цикла замкнутого цикла», в котором выработка углекислого газа сопоставима с углекислым газом, поступающим из пшеницы, кукурузы, сельдерея и плода угли. мы едим. Это правда с практической точки зрения.

На самом деле петля не полностью замкнута. Количество углерода, которое выдыхает человек, в точности равно количеству углерода, которое он принимает, за вычетом количества углерода, составляющего массу тела человека.Это означает, что человеческое тело, как и все животные, представляет собой очень скромное устройство для связывания углерода. Насколько скромно? У каждого из нас около 18 процентов углерода по весу. Если средний человеческий вес составляет около 120 фунтов — это очень приблизительная оценка Объяснителя, охватывающая как детей, так и взрослых, — в среднем человеке хранится около 21,6 фунтов углерода. Таким образом, каждый раз, когда мы добавляем миллиард человек к населению планеты (что мы делаем сейчас каждые 12 лет), мы в конечном итоге вытягиваем из атмосферы 10,8 миллиона тонн углерода — или достаточно, чтобы компенсировать годовой объем производства почти 9 миллионов автомобилей. .Даже когда человек умирает, он берет с собой немного углерода. Кости разлагаются очень медленно, и небольшое количество вашего углерода — насколько это зависит от условий вашего захоронения — в конечном итоге останется в земле. С физиологической точки зрения, существование людей и нашего домашнего скота удаляет углерод из атмосферы, хотя и невероятно медленными темпами.

На практике, конечно, каждый дополнительный человек вносит чистый прирост углерода в атмосферу, поскольку мы сжигаем гораздо больше углерода, чем улавливаем его организм.Средний американец был ответственен за 11 444 фунта выбросов углерода в прошлом году, что составляет колоссальные 890 000 фунтов в течение нормальной продолжительности жизни, если выбросы останутся стабильными. Чтобы сохранить такое количество углерода в организме, нужно весить почти пять миллионов фунтов.

---

onEarth предоставляет отчеты и анализ по экологическим наукам, политике и культуре. Все высказанные мнения принадлежат авторам и не обязательно отражают политику или позицию NRDC. Узнайте больше или подпишитесь на нас на Facebook и Twitter .

На вашем предприятии слишком много углекислого газа?

В вашем здании сонливость людей? Тупее? Двое ученых разработали онлайн-калькулятор, чтобы определить, может ли ваша концентрация CO₂ быть слишком высокой.

Кеннет Аламбра и Доминик Черния IAQ

Выбросы углекислого газа (CO₂) в результате деятельности человека являются хорошо известной угрозой для нашей планеты и часто считаются одним из основных факторов парникового эффекта.Но что происходит, когда вы и жители вашего дома вдыхаете углекислый газ? Опасен ли углекислый газ для отдельного человека? Да, воздействие высоких концентраций CO₂ может вызвать сонливость, учащенное сердцебиение, кровяное давление, потерю сознания и даже опасные для жизни осложнения. Ученые также показали, что углекислый газ может сделать вас глупее! Хотя уровень углекислого газа в наружном воздухе все еще относительно низок, проблема возникает в замкнутом пространстве, где люди постоянно выдыхают CO₂ как естественную часть дыхания.

Чтобы определить слишком высокий уровень углекислого газа в замкнутом пространстве, мы создали калькулятор выбросов CO₂ при дыхании, который оценивает, насколько может увеличиться концентрация CO₂ в помещении, прежде чем возникнет проблема. На приемлемом ли уровне или требует дополнительной вентиляции?

Но сначала давайте рассмотрим некоторые вопросы, касающиеся того, почему может понадобиться калькулятор углекислого газа.

В 2020 году основными составляющими сухого воздуха (по объему) были азот (78 процентов) и кислород (21 процент).Оставшийся 1 процент состоит из аргона (0,9 процента), диоксида углерода (0,04 процента) и других газов (0,06 процента). Вы все время вдыхаете эту смесь воздуха. Относительный уровень CO₂ чрезвычайно низок по сравнению с другими компонентами воздуха. Используя единицу измерения частей на миллион (PPM), мы можем сказать, что концентрация CO₂ равна 400 PPM.

Выдыхаемый воздух представляет собой смесь примерно 3500 соединений, включая азот (78 процентов), кислород (16 процентов), аргон (0,9 процента), диоксид углерода (4 процента).Остальные компоненты присутствуют в микроскопических количествах. Итак, выдыхают ли люди углекислый газ? Да, мы используем 5 процентов вдыхаемого кислорода, чтобы увеличить концентрацию CO₂ почти на 4 процентных пункта, то есть на 40 000 частей на миллион. Это стократное увеличение!

Объем легких взрослого человека обычно составляет от трех до пяти литров, но мы обычно вдыхаем только около 0,35 литра воздуха за один цикл дыхания. Конечно, это почти ничто по сравнению со средним объемом комнаты примерно 50 000 литров, но это всего лишь один дыхательный цикл.На самом деле, средний взрослый человек в состоянии покоя дышит примерно 12-20 раз в минуту, что может фактически изменить состав воздуха в комнате.

Что происходит, когда вы вдыхаете углекислый газ? Углекислый газ опасен?

Хотя газ CO₂ обычно не токсичен для человека, он может быть опасен в чрезмерных количествах по двум причинам:

Химическое вещество — CO₂ растворяется в воде организма, попадает в кровоток, образует угольную кислоту и, в конечном итоге, делает кровь кислой.Это снижает pH крови, а слишком низкий pH опасен для здоровья. Интересно, что слишком низкая концентрация CO₂ приводит к повышению pH крови, что вызывает алкалоз, что также является опасным состоянием.

Механический — CO₂ действует как удушающий газ, вытесняющий обычный кислород в воздухе. В результате содержание кислорода снижается, что в крайних случаях может привести к смерти от удушья. Более того, CO₂ не имеет запаха, и мы можем даже не заметить, если он присутствует в высоких концентрациях.

Если вы все еще сомневаетесь в том, опасен ли углекислый газ? Служба безопасности пищевых продуктов и инспекции США подготовила информационный листок об опасности для здоровья углекислого газа, где вы можете найти подробные симптомы при различных уровнях воздействия CO2.

• 10 000 частей на миллион (1,0%): обычно без эффектов, возможна сонливость
• 15000 частей на миллион (1,5 процента): легкая респираторная стимуляция у некоторых людей
• 30000 частей на миллион (3,0 процента): умеренная стимуляция дыхания, учащение пульса и крови
• давление, ACGIH TLV-Short Term
• 40 000 частей на миллион (4.0 процентов): Немедленная опасность для жизни или здоровья (IDLH)
• 50000 частей на миллион (5,0 процента): сильная респираторная стимуляция, головокружение, спутанность сознания, головная боль, одышка
• 80 000 частей на миллион (8,0%) Затуманенное зрение, потливость, тремор, потеря сознания и возможная смерть

Как пользоваться калькулятором выбросов CO₂ при дыхании?

Калькулятор выбросов CO₂ при дыхании может оценить выбросы CO₂ в вашей комнате в зависимости от нескольких вводных данных.Вот краткая инструкция по использованию этого инструмента:

1. Выберите тип номера из множества доступных вариантов. В качестве альтернативы выберите индивидуальную опцию и введите значение ACH (воздухообмен в час), которое представляет собой количество раз, когда система вентиляции помещения заменяет объем воздуха в помещении за час.
2. Определите, была ли эта комната ранее пустой или занятой. Это очень важно для оценки начального уровня концентрации CO₂.
3. Укажите, сколько человек находится в комнате, чем они занимаются (спят, отдыхают или работают) и как долго.Мы знаем, что люди производят CO₂, и оказалось, что скорость производства зависит от уровня активности.
4. Укажите размеры или объем вашей комнаты. Вы также можете напрямую ввести площадь комнаты, если знаете это.
5. В результате вы получите уровень концентрации CO₂, выраженный в процентах и ​​частях на миллион (PPM) для комнаты.

Кроме того, инструмент сообщит вам, безопасна ли эта концентрация для людей, находящихся в помещении. Если уровень CO₂ становится слишком высоким, инструмент объясняет, что происходит, когда пассажиры вдыхают углекислый газ с такой концентрацией, и что они могут сделать, чтобы снизить концентрацию CO₂.

Как снизить концентрацию CO₂ в помещении?

После того, как вы научились оценивать уровень CO₂, производимого людьми, следующий вопрос заключается в том, как его снизить в помещении. Есть несколько способов:

1. Установите и обслуживайте систему вентиляции, которая будет обеспечивать приток свежего наружного воздуха. Частицы CO₂ будут разбавляться этим воздухом, поддерживая низкую концентрацию CO₂.
2. Если вы не хотите вкладывать деньги в дорогие системы, вы можете проветрить помещение вручную, открыв окно.Делайте это в течение 10-15 минут, и уровень CO₂ будет значительно ниже.
3. Исследования показали, что самые высокие значения CO₂ были обнаружены в местах массового скопления людей. Если в офисе много людей, их коллективные выдохи могут резко повысить уровень CO₂. Постарайтесь избегать таких ситуаций или впустите свежий воздух, открыв окна или двери.

Снижение уровня CO₂ может дать много преимуществ, включая улучшение психического здоровья, продуктивности, качества сна, иммунного ответа, а также уменьшение головных болей и стресса.Так что, если вы когда-нибудь почувствуете вялость или усталость, это может быть признаком слишком высокого уровня CO₂. Постарайтесь подышать свежим воздухом — в большинстве случаев это должно помочь.

Кеннет Аламбра — инженер-строитель, увлеченный инновациями. Доминик Черня, аспирант по физике. Воспользуйтесь созданным ими бесплатно инструментом калькулятора.

---

---

---

Связанные темы:

Комментарии

Экспериментальная оценка содержания углекислого газа во вдыхаемом воздухе с лицевыми масками или без них у здоровых детей: рандомизированное клиническое испытание | Педиатрия | JAMA Педиатрия

Многие правительства сделали обязательными для школьников закрытие носа и рта или маски для лица.Доказательная база этого слабая. ^{1 , 2} Вопрос о том, увеличивает ли прикрытие носа и рта углекислый газ во вдыхаемом воздухе, имеет решающее значение. Масштабное исследование ³ побочных эффектов у родителей и детей в Германии с использованием данных 25930 детей показало, что 68% участвовавших детей имели проблемы при ношении носовых покрытий и покрытий для рта.

Нормальное содержание углекислого газа на открытом воздухе составляет около 0,04% по объему (т. Е. 400 частей на миллион). Уровень 0.Согласно Федеральному управлению окружающей среды Германии, 2% по объему или 2000 частей на миллион — это предел для закрытых помещений, и все, что выше этого уровня, недопустимо. ⁴

Мы измерили содержание углекислого газа во вдыхаемом воздухе с двумя типами покрытий для носа и рта и без них в хорошо контролируемом, сбалансированном краткосрочном экспериментальном исследовании у здоровых детей-добровольцев (подробности см. В электронных методах в Приложении 1).Исследование было проведено в соответствии с Хельсинкской декларацией и передано в комитет по этике Университета Виттена / Хердеке. Все дети дали письменное информированное согласие, а родители также дали письменное информированное согласие для детей младше 16 лет. Было проведено 3-минутное непрерывное измерение базового уровня углекислого газа без маски. Допускалось 9-минутное измерение для каждого типа маски: 3 минуты для измерения содержания углекислого газа в совместном вдыхаемом и выдыхаемом воздухе, 3 минуты для измерения содержания углекислого газа во время вдоха и 3 минуты для измерения содержания углекислого газа во время выдоха. .Содержание углекислого газа в окружающем воздухе всегда поддерживалось ниже 0,1% по объему за счет многократной вентиляции. Последовательность масок была рандомизирована, рандомизация — слепым методом и стратифицирована по возрасту детей. Мы проанализировали данные с использованием линейной модели для повторных измерений с P <0,05 в качестве порога значимости. Протокол измерений (протокол испытаний в Приложении 2) доступен в Интернете. ⁵ Данные были собраны 9 и 10 апреля 2021 г. и проанализированы с помощью программы Statistica версии 13.3 (TIBCO).

Средний возраст (SD) детей составлял 10,7 (2,6) года (диапазон от 6 до 17 лет), из них 20 девочек и 25 мальчиков. Результаты измерений представлены в таблице. Мы проверили возможные ассоциации с исходом. Только возраст был связан с содержанием углекислого газа во вдыхаемом воздухе (y = 1,9867 — 0,0555 × x; r = –0,39; P = 0,008; рисунок). Следовательно, мы добавили возраст в модель как непрерывную ковариату. Это выявило ассоциацию (частичное η ² = 0.43; P <0,001). Контрасты показали, что это было связано с разницей между базовым значением и значениями обеих масок вместе. Контрасты между двумя типами масок не были значительными. Мы измерили средние значения (SD) от 13120 (384) до 13910 (374) частей на миллион углекислого газа во вдыхаемом воздухе под хирургическими и фильтрующими масками 2 (FFP2), что выше, чем то, что уже считается неприемлемым Федеральным экологическим ведомством Германии. Office в 6 раз. Это значение было достигнуто после 3 минут измерения.В нормальных условиях школы дети носят такие маски в среднем 270 (межквартильный размах, 120–390) минут. ³ На рисунке показано, что значение ребенка с самым низким уровнем углекислого газа было в 3 раза больше, чем предел в 0,2% по объему. ⁴ Самые маленькие дети имели самые высокие значения: у одного 7-летнего ребенка уровень углекислого газа был измерен на уровне 25000 частей на миллион.

Ограничениями исследования были его краткосрочный характер в лабораторных условиях и тот факт, что дети не были заняты во время измерений и могли испытывать опасения.Большинство жалоб детей ³ можно рассматривать как последствия повышенного уровня углекислого газа во вдыхаемом воздухе. Это происходит из-за того, что маски имеют мертвое пространство, в котором выдыхаемый углекислый газ собирается быстро через короткое время. Этот углекислый газ смешивается со свежим воздухом и увеличивает содержание углекислого газа во вдыхаемом воздухе под маской, и это было более выражено в этом исследовании для детей младшего возраста.

Это, в свою очередь, приводит к нарушениям, связанным с гиперкапнией.В недавнем обзоре ⁶ сделан вывод о наличии достаточных доказательств неблагоприятных эффектов ношения таких масок. Мы предлагаем лицам, принимающим решения, соответствующим образом взвесить веские доказательства, полученные в результате этих экспериментальных измерений, которые предполагают, что детей не следует заставлять носить маски для лица.

Принято к публикации: 7 июня 2021 г.

Опубликовано в Интернете: 30 июня 2021 г. doi: 10.1001 / jamapediatrics.2021.2659

Отзыв: Уведомление об отзыве было опубликовано 16 июля 2021 г.

Автор для переписки: Харальд Валах, доктор философии, Познанский университет медицинских наук, педиатрическая клиника, ул. Szpitalna 27/33, PL-60-572 Познань, Польша ([email protected]).

Вклад авторов: Доктор Валах (главный исследователь) имел полный доступ ко всем данным в исследовании и несет ответственность за целостность данных и точность анализа данных.

Концепция и дизайн: Все авторы.

Сбор, анализ или интерпретация данных: Walach, Weikl, Diemer, Traindl, Kappes, Hockertz.

Составление рукописи: Walach, Traindl.

Критический пересмотр рукописи для важного интеллектуального содержания: Walach, Weikl, Prentice, Diemer, Kappes, Hockertz.

Статистический анализ: Walach.

Административная, техническая или материальная поддержка: Weikl, Prentice, Diemer, Traindl, Kappes, Hockertz.

Наблюдение: Вейкл, Димер, Трайндл, Каппес, Хокертц.

Другое — связь со всеми другими авторами: Walach.

Раскрытие информации о конфликте интересов: Не сообщалось.

Финансирование / поддержка: Mediziner und Wissenschaftler für Gesundheit, Freiheit und Demokratie eV, общественная благотворительная организация, организовала это исследование и покрыла только основные расходы, такие как поездки.

Роль спонсора / спонсора: Спонсор не участвовал в разработке и проведении исследования; сбор, управление, анализ и интерпретация данных; подготовка, рецензирование или утверждение рукописи; и решение представить рукопись для публикации.

Заявление об обмене данными: См. Приложение 3.

1. сяо Джей, Шиу EYC, Гао H, и другие. Нефармацевтические меры при пандемическом гриппе в немедицинских учреждениях — меры личной защиты и меры по охране окружающей среды. Emerg Infect Dis . 2020; 26 (5): 967-975. DOI: 10.3201 / eid2605.190994 PubMedGoogle ScholarCrossref 3.Schwarz S, Jenetzky E, Krafft H, Маурер Т, Мартин D.Corona children изучает «Co-Ki»: первые результаты общегерманского реестра покрытий (маски) для рта и носа у детей. Опубликован в 2021 г. По состоянию на 15 июня 2021 г. https://www.researchsquare.com/article/rs-124394/v14. [Оценка здоровья углекислого газа в воздухе помещений]. Bundesgesundheitsblatt Gesundheitsforschung Gesundheitsschutz . 2008; 51 (11): 1358-1369. DOI: 10.1007 / s00103-008-0707-2PubMedGoogle ScholarCrossref 6.Kisielinski К., Гибони П, Прешер А, и другие. Свободна ли маска, закрывающая рот и нос, от нежелательных побочных эффектов при повседневном использовании и потенциальных опасностей? Int J Environ Res Public Health . 2021; 18 (8): 4344. DOI: 10.3390 / ijerph28084344 PubMedGoogle ScholarCrossref

Двуокись углерода | Центр естественнонаучного образования UCAR

Четыре представления, которые химики используют для углекислого газа.В цветных моделях углерод имеет светло-серый цвет, а кислород — красный.
Кредит: Рэнди Рассел (© 2006 NESTA)

Двуокись углерода — бесцветный и негорючий газ при нормальной температуре и давлении. Хотя двуокись углерода гораздо менее распространена, чем азот и кислород в атмосфере Земли, она является важной составляющей воздуха на нашей планете. Молекула диоксида углерода (CO ₂ ) состоит из одного атома углерода и двух атомов кислорода.

Двуокись углерода — важный парниковый газ, который помогает удерживать тепло в нашей атмосфере.Без него наша планета была бы неприветливо холодной. Однако постепенное увеличение концентрации CO ₂ в атмосфере Земли способствует глобальному потеплению, угрожая нарушить климат нашей планеты, поскольку средние глобальные температуры постепенно повышаются.

Двуокись углерода — четвертый по содержанию компонент сухого воздуха. Его концентрация в атмосфере Земли составляет около 400 ppmv (частей на миллион по объему). По оценкам ученых, до начала промышленной деятельности человека концентрация CO ₂ составляла около 270 ppmv.Таким образом, с начала индустриализации человечества уровни углекислого газа в нашей атмосфере выросли примерно на 40% и, как ожидается, будут играть тревожную роль в повышении глобальной температуры. Концентрации углекислого газа в атмосфере существенно менялись в дочеловеческой истории нашей планеты и оказывали глубокое влияние на глобальные температуры в прошлом.

Углекислый газ играет ключевую роль в углеродном цикле Земли, в совокупности процессов, которые приводят в цикл углерод во многих формах в нашей окружающей среде.Выделение газов из вулканов и лесные пожары являются двумя важными естественными источниками CO ₂ в атмосфере Земли. Дыхание, процесс, при котором организмы высвобождают энергию из пищи, выделяет углекислый газ. Когда вы выдыхаете, вы выдыхаете углекислый газ (среди других газов). При сгорании, будь то под видом лесных пожаров, в результате подсечно-огневых методов ведения сельского хозяйства или в двигателях внутреннего сгорания, образуется углекислый газ.

Фотосинтез, биохимический процесс, с помощью которого растения и некоторые микробы создают пищу, расходует углекислый газ.Фотосинтезирующие организмы объединяют CO ₂ и воду (H ₂ O) для производства углеводов (например, сахаров) и выделения кислорода в качестве побочного продукта. Такие места, как леса и районы океана, которые поддерживают фотосинтезирующие микробы, поэтому действуют как массивные «стоки» углерода, удаляя углекислый газ из атмосферы посредством фотосинтеза. В ранней атмосфере Земли было намного больше CO ₂ и почти не было кислорода; рост фотосинтезирующих организмов привел к увеличению количества кислорода, что сделало возможным развитие дышащих кислородом существ, таких как мы!

При сжигании образуется CO ₂ , хотя при неполном сгорании из-за ограниченного поступления кислорода или избытка углерода также может образовываться окись углерода (CO).Окись углерода, опасный загрязнитель, в конечном итоге окисляется до двуокиси углерода.

Маленькие канистры с CO под давлением ₂ используются для накачивания велосипедных шин и спасательных жилетов, а также для питания пейнтбольных ружей. «Шипение» в газировке осуществляется за счет углекислого газа. Углекислый газ также выделяется дрожжами во время брожения, придавая пиву пышность и делая шампанское игристым. Поскольку он негорючий, CO ₂ используется в некоторых огнетушителях. Углекислый газ при растворении в воде образует слабую кислоту, называемую угольной кислотой (H ₂ CO ₃ ).

Углекислый газ — самый распространенный газ в атмосферах Марса и Венеры. Твердая замороженная двуокись углерода называется «сухим льдом». Полярные ледяные шапки Марса представляют собой смесь обычного водяного льда и сухого льда. Жидкий CO ₂ образуется только при давлении, превышающем примерно в 5 раз атмосферное давление на Земле на уровне моря, поэтому во многих случаях сухой лед не тает в жидкую форму. Вместо этого он переходит непосредственно из твердого состояния в газообразное в процессе, называемом сублимацией.

Почему двуокись углерода от дыхания не влияет на глобальное потепление? | Office for Science and Society

Углекислый газ, который мы выдыхаем, не способствует глобальному потеплению по той простой причине, что мы также поглощаем эквивалентное количество углекислого газа из воздуха, хотя и косвенно.Все, что мы едим, можно проследить до фотосинтеза, процесса, с помощью которого растения поглощают углекислый газ из воздуха и используют его для производства огромного количества органических соединений, необходимых для жизни. Наши тела можно рассматривать как живые двигатели, которым требуется топливо и кислород для производства энергии, необходимой для поддержания жизни. В этом смысле мы не так уж сильно отличаемся от автомобиля. И для нас, и для автомобиля источником кислорода является воздух, примерно 20% которого состоит из кислорода. Двигатель внутреннего сгорания сжигает бензин и выбрасывает воду, углекислый газ и некоторые побочные продукты сгорания.Мы сжигаем в пище углеводы, жиры и белки вместо бензина. Как и бензин, эти органические соединения превращаются в углекислый газ и воду, которые мы затем выдыхаем.

Как же тогда мы не беспокоимся об огромных количествах углекислого газа, которые выделяются с каждым вдохом миллиарды и миллиарды людей и животных, населяющих мир? Потому что каждый атом углерода в выдыхаемом углекислом газе поступает из пищи, которая недавно была произведена путем фотосинтеза.Все, что мы едим, за исключением нескольких неорганических компонентов, таких как соль, каким-то образом было произведено в процессе фотосинтеза. Это очевидно, когда мы едим растительные продукты, такие как зерно, фрукты и овощи, но, конечно же, это касается и мяса. Животные, которых мы едим, были выращены на растительных продуктах. Действительно, растущее животное — это машина, которая превращает растения в плоть. Итак, поскольку весь углекислый газ, который мы выдыхаем, образовался из углекислого газа, захваченного растениями во время фотосинтеза, мы не нарушаем содержание углекислого газа в атмосфере путем дыхания.

С другой стороны, когда мы сжигаем ископаемое топливо, такое как бензин, мы выделяем углекислый газ, который образуется из атомов углерода, которые были удалены из атмосферы миллионы и миллионы лет назад путем фотосинтеза и затем были поглощены углем, нефтью. и природный газ, который образуется, когда растения и животные умирают и разлагаются. Сжигая эти товары, мы увеличиваем текущий уровень углекислого газа. Очевидно, что, живя и дыша, мы не способствуем глобальному потеплению за счет выброса углекислого газа.Но можем ли мы помочь уменьшить глобальное потепление, умирая? Наверное. Мы больше не выдыхаем углекислый газ, и пройдет много времени, прежде чем атомы углерода в нашем теле в конечном итоге вернутся в атмосферу в виде углекислого газа. Конечно, всегда есть много новорожденных, которые начинают дышать, когда мы умираем.

Композиции выдыхаемого воздуха при различных дыхательных ритмах отражают изменения дыхания: перевод дыхательной техники в респираторную медицину

1.

Gaugg, M. T. et al. Анализ дыхания в реальном времени выявляет специфические метаболические признаки обострений ХОБЛ. Сундук 156 , 269–276 (2019).

PubMed Google ученый

2.

van der Schee, M. P. et al. Дыхательная техника при заболеваниях легких. Сундук 147 , 224–231 (2015).

PubMed Google ученый

3.

Накле, М.К., Хейк Х., Гумберт М. и Коэн-Камински С. Волатоломика дыхания как новый рубеж в лечении легочной артериальной гипертензии. Eur. Респир. J. 49 , 1601897 (2017).

PubMed Google ученый

4.

Дуглас, К. Г. и Холдейн, Дж. С. Регулирование нормального дыхания. J. Physiol. 38 , 420–440 (1909).

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

5.

Киндиг, Н. Б. и Хазлетт, Д. Р. Влияние модели дыхания на оценку способности легочной диффузии. Q. J. Exp. Physiol. Cogn. Med. Sci. 59 , 311–329 (1974).

CAS PubMed Google ученый

6.

Даффин, Дж. Быстрое упражнение для дыхания. J. Physiol. 592 , 445–451 (2014).

CAS PubMed Google ученый

7.

Фанг, Ю., Сан, Дж. Т., Ли, К., Пун, К. С. и Ву, Г. К. Влияние различных моделей дыхания на нелинейность вариабельности сердечного ритма. В: 2008 30-я Ежегодная международная конференция IEEE Engineering in Medicine and Biology Society 3220–3223 (2008). https://doi.org/10.1109/IEMBS.2008.4649889.

8.

Патвардхан, А. Р., Валлурупалли, С., Эванс, Дж. М., Брюс, Э. Н. и Кнапп, К. Ф. Отключение генератора спонтанного респираторного паттерна снижает парасимпатическое влияние сердечно-сосудистой системы. J. Appl. Physiol. 1985 (79), 1048–1054 (1995).

Google ученый

9.

Кобаяши, Х. Улучшает ли ритмичное дыхание воспроизводимость измерений вариабельности сердечного ритма ?. J. Physiol. Антрополь. 28 , 225–230 (2009).

PubMed Google ученый

10.

Сукул, П., Трефц, П., Шуберт, Дж. К. и Микиш, В.Непосредственное влияние маневров задержки дыхания на состав выдыхаемого воздуха. J. Breath Res. 8 , 037102 (2014).

PubMed Google ученый

11.

Сукул П., Эртель П., Камысек С. и Трефз П. Оральное или носовое дыхание? Эффекты переключения маршрута отбора проб на концентрацию ЛОС в выдыхаемом воздухе в реальном времени. J. Breath Res. 11 , 027101 (2017).

ADS PubMed Google ученый

12.

Сукул, П., Трефз, П., Камысек, С., Шуберт, Дж. К. и Микиш, В. Мгновенное влияние изменения положения тела на состав выдыхаемого воздуха. J. Breath Res. 9 , 047105 (2015).

ADS PubMed Google ученый

13.

Herbig, J., Titzmann, T., Beauchamp, J., Kohl, I. & Hansel, A. Забуференный отбор проб в конце выдоха (BET) — новый метод анализа дыхательного газа в реальном времени. . J. Breath Res. 2 , 037008 (2008).

ADS PubMed Google ученый

14.

Herbig, J. et al. Анализ дыхания в режиме онлайн с PTR-TOF. J. Breath Res. 3 , 027004 (2009).

ADS PubMed Google ученый

15.

Сукул П., и др. Маневр FEV вызвал изменения в составе ЛОС в выдыхаемом воздухе: нетрадиционный взгляд на функциональные тесты легких. Sci. Отчет 6 , 28029 (2016).

ADS CAS PubMed PubMed Central Google ученый

16.

Сукул, П., Шуберт, Дж. К., Камисек, С., Трефз, П. и Микиш, В. Прикладное сопротивление верхних дыхательных путей мгновенно влияет на компоненты дыхания: уникальное понимание легочной медицины. J. Breath Res. 11 , 047108 (2017).

ADS PubMed Google ученый

17.

Сукул П., Шуберт Дж. К., Трефз П. и Микиш В. Естественный менструальный ритм и оральные контрацептивы по-разному влияют на состав выдыхаемого воздуха. Sci. Отчет 8 , 10838 (2018).

ADS PubMed PubMed Central Google ученый

18.

Митчелл, Г. С., Бейкер-Херман, Т. Л., МакКриммон, Д. Р. и Фельдман, Дж. Л. Дыхание. В Encyclopedia of Neuroscience (ed. Squire, L.R.) 121–130 (Academic Press, Кембридж, 2009 г.).

Google ученый

19.

Коуп, К. А., Уотсон, М. Т., Фостер, В. М., Зенерт, С. С. и Рисби, Т. Х. Влияние вентиляции на сбор выдыхаемого воздуха у людей. J. Appl. Physiol. 96 , 1371–1379 (2004).

PubMed Google ученый

20.

Экберг, Д. Л. Тематический обзор. Дж.Physiol. 548 , 339–352 (2003).

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

21.

Модарреззаде, М. и Брюс, Э. Н. Вариабельность дыхания, вызванная спонтанными изменениями PaCO2 у людей. J. Appl. Physiol. 1985 (76), 2765–2775 (1994).

Google ученый

22.

Дорнхорст, А. К., Ховард, П.& Leathart, G. L. Дыхательные вариации артериального давления. Тираж 6 , 553–558 (1952).

CAS PubMed Google ученый

23.

Hoff, I.E. et al. Респираторные вариации пульсового давления отражают центральную гиповолемию во время неинвазивной вентиляции с положительным давлением. Крит. Care Res. Практик. https://doi.org/10.1155/2014/712728 (2014).

Артикул PubMed PubMed Central Google ученый

24.

Магдер, С. Клиническая ценность респираторных вариаций артериального давления. Am. J. Respir. Крит. Care Med. 169 , 151–155 (2004).

PubMed Google ученый

25.

Biais, M., Ouattara, A., Janvier, G. & Sztark, F. Сценарий случая респираторных изменений артериального давления для управления жидкостями у пациентов с механической вентиляцией легких. Анестезиол. Варенье. Soc. Анестезиол. 116 , 1354–1361 (2012).

Google ученый

26.

Magalhães, P. et al. Влияние спонтанного дыхания с различными уровнями ПДКВ на вызванное вентилятором повреждение легких при легком ОРДС. Eur. Респир. J. 50 , 2069 (2017).

Google ученый

27.

da Fonsêca, J. D. M. et al. Острые эффекты инспираторной пороговой нагрузки и границы раздела на характер дыхания и активность дыхательных мышц. Eur. Респир. J. 52 , OA2147 (2018).

Google ученый

28.

Laveneziana, P., Straus, C., Similowski, T. & Hanusse, P. Морфо-математические биомаркеры реакции бронходилататоров у пациентов с ХОБЛ во время спонтанного дыхания в покое. Eur. Респир. J. 44 , P3546 (2014).

Google ученый

29.

Люмб, А.B. Прикладная респираторная физиология Нанна (Elsevier Ltd., Амстердам, 2016).

Google ученый

30.

Контроль дыхания: обзор | Темы ScienceDirect. https://www.sciencedirect.com/topics/medicine-and-dentistry/control-of-breathing (2019).

31.

Биагас, К., Наран, Н. и Фурман, Б. П. Обзор дыхательной недостаточности. В Pediatric Critical Care 4th edn (eds Fuhrman, B.П. и Циммерман, Дж. Дж.) 520–527 (Мосби, Лондон, 2011).

Google ученый

32.

Takano, Y., Sakamoto, O., Kiyofuji, C. & Ito, K. Сравнение концевого выдоха CO2, измеренного портативным капнометром, и артериального PCO2 у спонтанно дышащих пациентов. Respir. Med. 97 , 476–481 (2003).

CAS PubMed Google ученый

33.

Hatle, L. & Rokseth, R. Градиент давления углекислого газа от артериальной до конечной стадии выдоха при острой тромбоэмболии легочной артерии и других сердечно-легочных заболеваниях. Сундук 66 , 352–357 (1974).

CAS PubMed Google ученый

34.

Калапос, М. П. О метаболизме ацетона у млекопитающих: от химии к клиническим последствиям. Biochim. Биофиз. Acta 1621 , 122–139 (2003).

CAS PubMed Google ученый

35.

Андерсон, Дж. К. и Хластала, М. П. Дыхательные тесты и газообмен в дыхательных путях. Pulm. Pharmacol. Ther. 20 , 112–117 (2007).

CAS PubMed Google ученый

36.

Андерсон, Дж. К., Бабб, А. Л. и Хластала, М. П. Моделирование обмена растворимого газа в дыхательных путях и альвеолах. Ann. Биомед. Англ. 31 , 1402–1422 (2003).

PubMed Google ученый

37.

Андерсон, Дж. К., Ламм, У. Дж. Э. и Хластала, М. П. Измерение воздухообмена эндогенного ацетона в дыхательных путях с использованием дыхательного маневра с одним выдохом. J. Appl. Physiol. 1985 (100), 880–889 (2006).

Google ученый

38.

Вагнер П. Д. Метод множественного удаления инертных газов (MIGET). Intensive Care Med. 34 , 994–1001 (2008).

PubMed Google ученый

39.

Рока, Дж. И Вагнер, П. Д. Вклад методов удаления нескольких инертных газов в легочную медицину. 1. Принципы и информативность методики множественной нейтрализации инертных газов. Грудь 49 , 815–824 (1994).

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

40.

Стоун Б.Г., Бессе Т.Дж., Дуэйн В.С., Эванс К.Д. и ДеМастер Е.Г. Влияние регуляции биосинтеза холестерина на выделение изопрена в дыхании у мужчин. Липиды 28 , 705–708 (1993).

CAS PubMed Google ученый

41.

King, J. et al. Профили концентрации изопрена и ацетона во время тренировки на эргометре. J. Breath Res. 3 , 027006 (2009).

ADS CAS PubMed Google ученый

42.

King, J. et al. Измерение эндогенного ацетона и изопрена в выдыхаемом воздухе во время сна. Physiol. Измер. 33 , 413–428 (2012).

PubMed Google ученый

43.

Дэвис А. и Мурс К. Нервный контроль дыхания. In The Respiratory System 2nd edn (eds Davies, A. & Moores, C.) 129–141 (Черчилль Ливингстон, Лондон, 2010).

Google ученый

44.

Brock, B. et al. Мониторинг летучих органических соединений в выдыхаемом воздухе и электроимпедансная томография при рекрутменте легких у пациентов с механической вентиляцией легких. J. Breath Res. 11 , 016005 (2017).

ADS PubMed Google ученый

45.

Плейл, Дж. Д., Стигель, М. А. и Собус, Дж. Р. Биомаркеры дыхания в науке о гигиене окружающей среды: изучение закономерностей в экспосоме человека. J. Breath Res. 5 , 046005 (2011).

ADS PubMed Google ученый

46.

Тангерман, А.Измерение и биологическое значение летучих соединений серы сероводорода, метантиола и диметилсульфида в различных биологических матрицах. J. Chromatogr. B 877 , 3366–3377 (2009).

CAS Google ученый

47.

Beauchamp, J., Pleil, J., Risby, T. & Dweik, R. Отчет о саммите IABR Breath Summit 2016 в Цюрихе, Швейцария. J. Breath Res. 10 , 049001 (2016).

ADS CAS PubMed Google ученый

48.

Хербиг Дж. И Бошан Дж. На пути к стандартизации анализа летучих компонентов выдыхаемого газа. J. Breath Res. 8 , 037101 (2014).

ADS PubMed Google ученый

49.

Beauchamp, J. Современные методы отбора проб и анализа в исследованиях дыхания — результаты опроса целевой группы. J. Breath Res. 9 , 047107 (2015).

ADS PubMed Google ученый

50.

Nakhleh, M. K. et al. Диагностика и классификация 17 заболеваний у 1404 субъектов с помощью анализа паттернов выдыхаемых молекул. САУ Нано 11 , 112–125 (2017).

CAS PubMed Google ученый

51.